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Dokumentenidentifikation DE19916072A1 26.10.2000
Titel Vorrichtung und Verfahren zur optischen Spektroskopie
Anmelder CAMPus Technologies AG, Zug, CH
Erfinder Weitzel, Thilo, 72070 Tübingen, DE
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Anmeldedatum 09.04.1999
DE-Aktenzeichen 19916072
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse G01J 3/45
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Spektroskopie. Die Vorrichtung umfaßt Mittel zur Erzeugung eines Interferenzmusters, einen räumlich auflösenden Detektor, der das erzeugte Interferenzmuster aufnehmen kann sowie spektral dispersive bzw. diffraktive optische Elemente, durch welche die Wellenfronten der im Interferenzmuster beteiligten Teilstrahlen abhängig von der Wellenlänge beeinflußt werden. Das Verfahren zur Bestimmung des optischen Spektrums basiert auf einer numerischen Analyse des durch die vorgenannte Vorrichtung aufgenommenen Interferenzmusters.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen Spektroskopie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Optische Spektrometer können eingeteilt werden in dispersive bzw. diffraktive Spektrometer und Fourier-Transform-Spektrometer.

Dispersive (aus Prismen-) bzw. diffraktive (Gitter-) Spektrometer zerlegen den einfallenden Lichtstrahl durch die Wellenlängenabhängigkeit eines Beugungs- bzw. Reflektionswinkels in seine spektralen Komponenten. Die verschiedenen spektralen Komponenten werden dadurch räumlich getrennt und die zu bestimmenden spektrale Komponente kann selektiert werden (Monochromator). Die Aufnahme eines Spektrums erfolgt dann mit Hilfe beweglicher Teile, in dem die verschiedenen spektralen Komponenten nacheinander selektiert und gemessen werden.

Am gebräuchlichsten sind Monochromatoren mit einem Strahlengang nach Czerny- Turner, d. h. mit einem drehbaren Plangitter zwischen einem Eintritts- und einem Austritts-Spalt und voneinander unabhängigen Kollimator- bzw. Kollektor-Spiegeln. Die Entwicklung ortslauflösender Detektoren (CCD, Diodenarray) erlaubt inzwischen die gleichzeitige Messung aller spektralen Komponenten, in dem für jede spektrale Komponente ein eigenes Element des Detektors vorgesehen wird. Eine derartige Anordnung kommt ohne bewegliche Teile aus und nutzt das zur Verfügung stehende einfallende Licht wesentlich effizienter.

Moderne Geräte verwenden z. B. ein holographisch optisches Gitter, das einen Eintrittsspalt unmittelbar mit geeigneter spektraler Dispersion auf ein Diodenarray abbilden kann.

Fourier-Transform-Spektrometer basieren auf einem Interferometer, bei dem die Differenz der optischen Weglängen der zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen mit hoher Präzision eingestellt werden kann. Aus einer Messung des Interferenzsignals über einen geeigneten Bereich von Weglängendifferenzen kann durch Fourier- Transformation das Spektrum bestimmt werden.

Geräte werden in der Regel nach Art eines Michelson-Interferometers aufgebaut. Technisch anspruchsvoll sind hier aber vor allem die mechanischen Komponenten zur Einstellung der optischen Weglängen durch verschiebbare Spiegel oder kippbare Spiegelpaare. Die mögliche Leistungsfähigkeit dispersiver bzw. diffraktiver Spektrometer ist abhängig von bestimmten Parametern, insbesondere den Abmessungen von Eintritts- bzw. Austrittsspalt, der Brennweite und Apertur der abbildenden Elemente und den Eigenschaften des dispersiven bzw. diffraktiven Elementes selbst. Moderne Geräte erreichen fast diese physikalisch gesetzten Grenzen.

Entsprechend ist die mögliche Leistungsfähigkeit von Fourier-Transform- Spektrometern durch bestimmte Parameter und hier insbesondere durch die Strecke und die Schrittweite für die Variation der optischen Weglängen bestimmt. Die Leistungsfähigkeit von Fourier-Transform-Spektrometern übersteigt bei weitem die Möglichkeit von dispersiven bzw. diffraktiven Spektrometern.

Auch Fourier-Transform-Spektrometer können die physikalischen Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit beinahe erreichen, jedoch ist der technische Aufwand gegebenenfalls sehr hoch. Da Fourier-Transform-Spektrometer auf einem Interferometer basieren, müssen alle optischen Komponenten und insbesondere auch die beweglichen Teile mit einer Präzision von Bruchteilen der zu messenden Wellenlängen gefertigt und positioniert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, durch welche die Vorteile des Fourier Transform-Spektrometers nutzbar werden ohne die Verwendung beweglicher Teile bei gleichzeitig wesentlich niedrigeren Ansprüchen an die Qualität der optischen Komponenten und gegebenenfalls deutlich kürzeren Meßzeiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung zur optischen Spektroskopie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die hinzutretenden Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen 2 bis 8. Erfindungsgemäße Verwendungen ergeben sich aus den Ansprüchen 8 bis 11 und ein erfindungsgemäßes Verfahren und bevorzugte Verfahrensvarianten ergeben sich aus den Ansprüche 12 bis 17.

Die Erfindung umfaßt eine Vorrichtung, die auf eine Kombination dispersiver bzw. diffraktiver optischer Elemente und einem ortsauflösenden Detektor mit einem Interferometer beruht, sowie ein Verfahren, das es erlaubt das Spektrum des einfallenden Lichtes aus einem aufgenommenen Interferenzmuster zu rekonstruieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgelegt, daß sich die Interferenzmuster jeweils verschiedener spektraler Komponenten des zu untersuchenden spektralen Bereichs voneinander unterscheiden. Ein derartiges einer bestimmten spektralen Komponente zugeordnetes Interferenzmuster wird im folgenden als Basismuster bezeichnet. Die Muster können eindimensional oder zweidimensional betrachtet werden. Ein durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugtes Interferenzmuster wird als Überlagerung einer Reihe von jeweils unterschiedlichen Basismustern betrachtet.

Die Aufnahme des Interferenzmusters erfolgt durch den Detektor an diskreten Positionen. Ein Interferenzmuster liegt also jeweils in Form einer fixen Anzahl von Form (Meß-) Werten vor. Genauigkeit und darstellbare Raumfrequenzen folgen aus dem Sampling-Theorem.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Interferenzmuster als Reihe von Werten und damit im Kontext der linearen Algebra als Vektor interpretiert oder insbesondere als Element eines diskreten Hilbertraumes der entsprechenden Dimension. Die oben eingeführten Basismuster werden im Kontext der linearen Algebra als linear unabhängige Basisvektoren interpretiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Möglichkeit, für eine erfindungsgemäße Vorrichtung die jeweils erforderlichen Basismuster entweder rechnerisch oder durch Messung zu bestimmen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann dann das Spektrum des einfallenden Lichtes durch Zerlegung des Interferenzmusters in dieses Basismuster gewonnen werden.

Das Verfahren kann in verschiedenen Varianten realisiert werden:

Unter günstigen Umständen (gutes Signal/Rauschverhältnis, fixe Phasenlage, "spektral dicht" liegende Basismuster) kann eine direkte Berechnung der Linearkombination unter Benutzung der Inversen der durch die Basismuster gebildeten Matrix erfolgen.

In der Regel und im allgemeinen Fall erfolgt die Zerlegung näherungsweise durch Korrelation der jeweiligen Basismuster mit dem Interferenzmuster. In diesem Fall werden keine hohen Anforderungen an die Basismuster gestellt und es besteht z. B. die Möglichkeit für eine spektrale Komponente mehrere Basismuster bei unterschiedlichen Phasenlagen zu verwenden.

Im Falle des technisch auf einer völlig unterschiedlichen Richtung basierenden Fourier-Transform-Spektrometers ist das Muster eindimensional und die Basismuster sind die von der jeweiligen Phasenlage abhängigen Summen der Sinus- bzw. Kosinuskomponenten mit einer durch die Wellenlänge der jeweiligen spektralen Komponente eindeutig gegebenen Raumfrequenz. In diesem idealen Fall kann das Spektrum durch eine Fourier-Transformation des gemessenen Interferenzmusters bestimmt werden.

Im Falle des durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugten räumlichen Interferenzmusters sind die Basismuster im allgemeinen nicht sinus- oder kosinusförmig. Sowohl die genaue Art der Basisfunktionen als auch der jeweilige Zusammenhang eines Basismusters mit der Wellenlänge einer spektralen Komponente ist eindeutig definiert durch die Eigenschaften der jeweils konkreten Vorrichtung.

Soweit die Interferenzmuster, d. h. die Basismuster für die in Frage kommenden spektralen Komponenten, im Rahmen der Auflösung und Genauigkeit der Messung linear unabhängig sind, können die jeweiligen spektralen Komponenten des einfallenden Lichtes und damit das Spektrum durch Korrelation der jeweiligen Basismuster mit dem aufgenommenen Interferenzmuster bestimmt werden.

Soweit die Eigenschaften aller Komponenten der Vorrichtung ausreichend präzise bestimmt sind, kann der erforderliche Satz Basismuster berechnet werden.

Besonders interessant ist die Möglichkeit, mit Hilfe einer geeigneten einstellbaren monochromatischen Referenzlichtquelle einen Satz von Basismustern für den jewelligen konkreten Aufbau der Vorrichtung zu messen. Da die Basismuster in diesem Fall alle Arten von in der jeweiligen Vorrichtung auftretenden optischen Aberrationen bereits enthalten, sind die Ansprüche an die optische Qualität der Komponenten der Vorrichtung relativ gering, soweit die Basismuster linear unabhängig bleiben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Interferenzmuster durch Teilung der Amplitude des einfallenden Lichtstrahls mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels oder eines geeigneten Gitters (gegebenenfalls in mehr als zwei Teilstrahlen) und anschließender Überlagerung der Strahlen am Ort des Detektors erzeugt werden. Hier kommen alle klassischen Interferometer in Frage, die gegebenenfalls durch dispersive oder diffraktive Elemente ergänzt werden, beispielsweise: Michelson-, Mach-Zehnder-, Sagnac-, -Fabry-Perot oder Scherungs- Interferometer. Weiterhin kommt jede Anordnung, die Interferenzmuster mit räumlichen Perioden erzeugt, die der jeweilige Detektor auflösen kann, in Frage. Durch geeignete Dimensionierung der Vorrichtung können die am Detektor auftretenden Raumfrequenzen unabhängig vom jeweils zu untersuchenden Wellenlängenbereich gewählt werden.

Weiterhin kommt auch die Erzeugung der Teilstrahlen durch Teilung der Wellenfront in Frage, etwa durch ein Fresnellsches Biprisma.

Die erforderliche Spektralisation kann in allen Fällen durch geeignete Ausführung des Strahlteilers selbst oder durch zusätzliche optische Elemente eingebracht werden.

Als räumlich auflösender Detektor bietet sich im eindimensionalen Fall ein geeignetes Diodenarray oder eine CCD-Zeile an. Es ist auch möglich, zu scannen, d. h. entweder durch Bewegung des Detektors oder anderer Komponenten der Vorrichtung, die verschiedenen Meßpunkte nacheinander aufzunehmen. Dieses Verfahren bietet sich besonders an für extrem hochauflösende Messungen (z. B. Scannen eines Diodenarrays senkrecht zu seiner Ausdehnung) oder in Wellenlängenbereichen für die keine geeigneten ortsauflösenden Detektoren verfügbar sind.

Besonders interessant ist die Verwendung zweidimensionaler Detektoren (CCD oder andere), da in diesem Fall mit der Erhöhung der Anzahl der Meßwerte erheblich größerer Spielraum für die Eigenschaften der Basisfunktionen besteht und bei "besser" linearunabhängigen Funktionen die jeweiligen Korrelationen entsprechend schärfer berechnet werden können.

Die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung und des im folgenden beschriebenen Verfahrens kann wesentlich verbessert werden, wenn die relative Phasenlage der Teilstrahlen geeignet beeinflußt werden kann. Dies kann geschehen etwa durch die Verwendung eines über eine Strecke in der Größenordnung der Wellenlänge linear verschiebbaren Spiegels, durch den die relative Phasenlage des reflektierten Lichtes mit großer Genauigkeit verändert werden kann oder z. B. im Falle eines Aufbaus nach Art eines Scherungs-Interferometers oder z. B. im Falle eines Gitters mit mehreren Raumfrequenzkomponenten als Strahlteiler durch eine geeignete "seitliche" Verschiebung der Komponenten.

Bei Verwendung von perfekten optischen Elementen und einer ausreichend kleinen Lichtquelle bzw. Lichteintrittsbände kann das optische Spektrum durch Fourier- Transformation des Interferenzmusters gewonnen werden.

Bei Verwendung nicht ganz perfekter optischer Elemente oder größerer Eintrittsblenden und insbesondere bei Verwendung zusätzlicher dispersiver Elemente, welche die Wellenfronten abhängig von Ort und Wellenlänge beeinflussen, können die resultierenden Interferenzmuster nicht durch Sinus- oder Kosinus-Funktionen dargestellt werden. Gleichwohl können die einzelnen spektralen Komponenten anhand des dann vorliegenden Interferenzmusters durch Korrelation bestimmt werden, sofern die jeweils durch eine einzelne der zu untersuchenden spektralen Komponente erzeugten Basismuster eindeutig sind.

Besonders günstig ist es, die erforderlichen Interferenzmuster für die einzelnen spektralen Komponenten durch eine Messung mit anschließender Renormierung zu gewinnen.

Besonders günstig ist es weiterhin, die Aufnahme des Interferenzmusters bei verschiedenen relativen Phasenlagen vorzunehmen. Neben dem günstigen Einfluß auf das Signal/Rausch-Verhältnis werden dadurch gegebenenfalls Artefakte des Meßvorgangs eliminiert.

Insbesondere bei der Messung der Interferenzmuster der einzelnen spektralen Komponenten (Basisfunktionen) kann die Messung bei verschiedenen relativen Phasenlagen hilfreich sein. Es werden bei Subtraktionen gegenphasig aufgenommener Interferenzmuster die Signalanteile addiert, jedoch konstanter Hintergrund und Artefakte des Meßvorganges weitgehend eliminiert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen und Vergleichsdiagrammen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung des Interferenzmusters ausgehend von einem Aufbau nach Art eines Michelson- Interferometers. Als Detektor dient ein CCD, während die dispersiven Elemente als Prismen ausgeführt sind. Der Aufbau kommt abgesehen von der Justierung ohne bewegliche Elemente aus. Das durch die Eintrittsöffnung E und eine Aperturblende A einfallende Licht wird durch eine Linse L zunächst kollimiert und dann durch den Strahlteiler T geteilt. Die Teilstrahlen werden durch die Spiegel S1 bzw. S2 reflektiert, durch T wieder vereinigt und erreichen den ortsauflösenden Detektor CCD. Die Teilstrahlen passieren dabei zweimal das jeweilige Prisma P1 bzw. P2 und werden dabei abhängig von der Wellenlänge beeinflußt. Das am Detektor resultierende Interferenzmuster zeigt daher starke Abhängigkeit von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes.

Abhängig von der Dimensionierung und der Justierung der Vorrichtung können verschiedene Spektralbereiche bei verschiedenen Auflösungen erfaßt werden.

Wird einer der Spiegel, etwa durch Montage auf einem piezomechanischen Aktuator, entlang der optischen Achse mit einer Wellenlänge im Bereich der Wellenlänge beweglich gestaltet, kann die relative Phasenlage der zur Interferenz beitragenden Teilstrahlen beliebig eingestellt werden.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet ein Prisma oder ein beliebiges anderes spektral-dispersives oder diffraktives Element sowie als Strahlteiler ein weiteres Prisma mit halbverspiegelten Oberflächen. Die Fig. 2 zeigt eine derartige Vorrichtung, die völlig ohne bewegliche Elemente auskommt.

Das durch die Eintrittsöffnung E und eine Aperturblende A einfallende Licht wird durch eine Linse L zunächst kollimiert und passiert das Prisma P1. Die Oberflächen des Prismas P2 sind halbdurchlässig verspiegelt. Am Detektor CCD entsteht ein Interferenzmuster, da ein Teü des einfallenden Lichtes direkt den Detektor erreicht, ein anderer Teil des Lichtes erst nach zweimaliger Reflektion im Prisma P2. Weitere mehrfach reflektierte Teilstrahlen tragen ebenfalls zur Indifferenz bei.

Die Fig. 3 zeigt eine einfache weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Prisma sowohl als dispersives Element als auch als Strahlteiler verwendet. Der Aufbau kommt völlig ohne bewegliche Elemente aus.

Das durch die Eintrittsöffnung E und eine Aperturblende A einfallende Licht wird durch eine Linse L zunächst eliminiert und erreicht das Prisma P. Die Oberflächen des Prismas sind halbdurchlässig verspiegelt. Am Detektor CCD entsteht ein Interferenzmuster, da ein Teil des einfallenden Lichtes direkt den Detektor erreicht, ein anderer Teil des Lichtes erst nach zweimaliger Reflektion im Prisma P. Weitere mehrfache verkehrte Teilstrahlen tragen ebenfalls zur Interferenz bei.

Eine ähnliche Variante mit einem geeignet dicken Prisma (vgl. Fig. 4) eignet sich besonders gut für die Aufnahme von Linienspektren.

Zur Interferenz tragen in diesem Fall nur Anteile des einfallenden Lichtes mit ausreichend hoher Kohärenzlänge, d. h. entsprechend mit sehr kleiner Linienbreite bei.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination der beiden vorgenannten Varianten, das bedeutet, auf einem einzelnen CCD nebeneinander mehrere Prismen unterschiedener Dicke und/oder Steigung zu montieren.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Variante der Vorrichtung auf Basis eines Scherungs- Interferometers.

Das durch die Eintrittsöffnung E und eine Aperturblende A einfallende Licht wird durch eine Linse L1 zunächst abgebildet auf eine Kombination aus Prisma und Gitter GRISM. Das Gitter trägt zwei Komponenten von Raumfrequenzen, so daß die über die Litze L2 auf dem Detektor abgebildete erst Beugungsordnung entsprechend aus zwei unter leicht unterschiedlichem Winkel gebeugten Komponenten besteht. Das Gitter wirkt so als Strahlteiler und am Detektor entsteht ein Interferenzmuster, das wiederum stark von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes abhängt.

Wird das Gitter bzw. GRISM durch Montage auf einem geeigneten Aktuator derart montiert, daß es quer zur optischen Achse beweglich ist, kann die relative Phasenlage der zur Interferenz beitragenden Teilstrahlen beliebig eingestellt werden.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden als Spektrometer nutzbar durch das erfindungsgemäße Verfahren. Das Interferenzmuster einer spektralen Komponente hat in einem idealen Interferometer eine eindimensionale sinusoidale Modulation der Intensität mit einer Raumfrequenz die nur von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes abhängt. Die jeweiligen Anteile verschiedener spektraler Komponenten können in diesem Fall durch Fourier-Transformation des Interferenzmusters gewonnen werden.

Ein reales Spektrometer und insbesondere die verschiedenen Varianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen zeigen komplexere Interferenzmuster. Die spektralen Komponenten können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden.

Fig. 6 zeigt simulierte Aufnahmen von Interferogrammen durch ein CCD, links die Messung eines "idealen" Interferogramms, rechts eine realistische Simulation ausgehend von nicht perfekten optischen Elementen.

Die optischen Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung müssen für die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht den Ansprüchen genügen, die in der Regel an Bauelemente optischer Interferometer gestellt werden.

Die Fig. 7-9 verdeutlichen die Vorteile des neuen Verfahrens anhand einer numerischen Simulation für einen linear ortsauflösenden Detektor mit 512 Elementen. Die Abbildungsteile A zeigen jeweils die Differenzen der optischen Weglängen von zwei zur Interferenz beitragenden Teilstrahlen abhängig von der Position des jeweiligen Elementes des Detektors. Die Abbildungsteile B zeigen jeweils einen Ausschnitt des vom Detektor aufgenommenen Signals. Die Abbildungsteile C und D zeigen jeweils das rekonstruierte Spektrum einer monochromatischen Quelle. Im Abbildungsteil C als Vergleich bestückt durch Fourier-Transformation, Abbildungsteil B bestimmt durch das erfindungsgemäße Verfahren. Die Abbildungsteile C und D zeigen das rekonstruierte Spektrum (dicke Linie) jeweils zusätzlich auch zehnfach überhöht (dünne Linie).

Fig. 7 zeigt zunächst eine Simulation unter Annahme einer absolut perfekten optischen Vorrichtung, d. h. die Differenzen der optischen Weglängen von zwei zur Interferenz beitragenden Teilstrahlen hängen linear mit der Position des jeweiligen Elementes des Detektors zusammen (Fig. 7A). Das Interferenzmuster einer spektralen Komponente ist sinusoidal, das entsprechende gemessene Interferenzmuster (Fig. 7B) zeigt abhängig von der Raumfrequenz Sampling-Artefakte, gibt aber das Interferenzmuster gut wieder.

Die Situation entspricht in diesem speziellen Fall, obwohl mit einer ganz anderen Vorrichtung aufgenommen, etwa der Messung durch ein Fourier-Transform- Spektrometer. Entsprechend kann das Spektrum durch Fourier-Transformation bestimmt werden (Abb. 7C). Das erfindungsgemäße Verfahren durch Korrelation mit gemessenen Basismustern zeigt das gleiche Ergebnis (Fig. 7D).

Die Fig. 8 zeigt eine entsprechende Simulation unter Annahme einer nicht ganz perfekt optischen Anordnung. Entsprechend ist der Zusammenhang mit den Differenzen der optischen Weglängen der beteiligten Strahlen und der Position des jeweiligen Elementes des Detektors nicht perfekt linear (Fig. 8A). Das resultierende Interferenzmuster ist nicht mehr genau sinusoidal und zeigt leichte Variationen der Raumfrequenz (Fig. 8B). Der Versuch das Spektrum durch Fourier-Transformation zurückzugewinnen scheitert (Fig. 8C). Das erfindungsgemäße Verfahren ist an der Lage, das Spektrum ohne Qualitätsverlust zu rekonstruieren (Fig. 8D).

Fig. 9 zeigt die entsprechende Simulation unter Annahme grob fehlerhafter optischer Elemente, mit entsprechend zwar durch monotonen, aber nicht mehr linearen Zusammenhang zwischen den Differenzen der optischen Weglängen der beteiligten Strahlen und der Position des jeweiligen Elementes des Detektors (Fig. 9A). Das resultierende Interferenzmuster ist entsprechend unregelmäßig (Fig. 9B). Die Fourier-Transformation führt hier zu keinem Ergebnis (Fig. 9C). Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Spektrum auch in dieser Situation fast auch ohne Qualitätsverlust rekonstruiert werden (Fig. 9D).


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur optischen Spektroskopie mit Mitteln zur Erzeugung eines Interferenzmusters und einem räumlich auflösenden Detektor, der das erzeugte Interferenzmuster aufnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß durch spektral dispersive bzw. diffraktive optische Elemente die Wellenfronten mindestens eines der am Interferenzmuster beteiligten Teilstrahlen abhängig von der Wellenlänge beeinflußt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Interferenzmusters eine Teilung der Amplitude des einfallenden Lichtes bewirken.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Interferenzmusters eine Teilung der WeHenfront des einfallenden Lichtes bewirken.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen räumlich eindimensional auflösenden und/oder scannenden Detektor aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen räumlich zweidimensional auflösenden und/oder scannenden Detektor aufweist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Strahlteiler die Wellenfront wenigstens eines der Teilstrahlen abhängig von der Wellenlänge beeinflussen.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß optische Elemente die Wellenfront und/oder die optische Weglänge wenigstens eines der Teilstrahlen abhängig von der Wellenlänge beeinflussen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel, die eine Veränderung der Phasenlage (Phasenverschiebung) mindestens eines der Teilstrahlen erlauben.
  9. 9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als optisches Spektrometer.
  10. 10. Verwendung einer Vorrichtung mit Mitteln zur Erzeugung eines Interferenzmusters und einem räumlich auflösenden Detektor als optisches Spektrometer.
  11. 11. Verwendung einer Vorrichtung mit Mitteln zur Erzeugung eines Interferenzmusters und einem räumlich auflösenden Detektor und mit Mitteln, die eine Veränderung der Phasenlage (Phasenverschiebung) mindestens eines der Teilstrahlen erlauben als optisches Spektrometer.
  12. 12. Verfahren zur Bestimmung des optischen Spektrums durch Analyse des mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8 oder unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 gemessenen Interferenzmusters.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Fourier- Transformation des Interferenzmusters umfaßt bzw. die Darstellung des Interferenzmusters als Linearkombination von Sinus- und/oder Kosinus- Funktion (z. B. Hartley-Transformation).
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Spektrums die Zerlegung des Interferenzmusters in einem Satz vorrichtungsabhängiger Basismuster umfaßt, insbesondere die Bestimmung einer spektralen Komponente durch Korrelation des Interferenzmusters mit einem für die jeweilige Vorrichtung und die zu bestimmende spektrale Komponente erstellten Basismusters.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimmung der spektralen Komponenten erforderlichen Basismuster durch eine Messung gewonnen werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Spektrum die Aufnahme verschiedener Interferenzmuster bei verschiedenen relativen Phasenlagen umfaßt.
  17. 17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Basismuster die Aufnahme verschiedener Interferenzmuster bei verschiedenen relativen Phasenlagen umfaßt.






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