CN108627247A

CN108627247A - 傅里叶变换光谱仪和用于运行傅里叶变换光谱仪的方法

Info

Publication number: CN108627247A
Application number: CN201810239146.XA
Authority: CN
Inventors: B.施泰因; C.胡贝尔; M.胡斯尼克
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: FR3064355A1; FR3064355B1; DE102017204888B4; DE102017204888A1; CN108627247B

Abstract

本发明涉及傅里叶变换光谱仪和用于运行傅里叶变换光谱仪的方法。本发明涉及傅里叶变换光谱仪，其包括：偏振单元，用于产生第一偏振状态的至少一个第一光束；探测单元，用于探测光线；相移单元，其具有至少一个第一相移元件，第一相移元件被构造为在使用第一光束的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第一相移光束；透镜单元，其具有至少一个第一透镜元件，被构造为使第一相移光束转向到探测单元的第一部分上；布置在相移单元与透镜单元之间的附加相移单元，用于在第一相移光束的部分光线之间（和/或在第二相移光线的部分光线之间）加载附加的与角度有关的相位差；和检偏器单元，用于使从附加相移单元射出的光线偏振。

Description

傅里叶变换光谱仪和用于运行傅里叶变换光谱仪的方法

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。

背景技术

目前对如下可能性进行研究：制造一种微型化光谱仪，所述微型化光谱仪根据应用可以记录在可视范围内、在近程红外范围内或者在中等红外范围内的光谱。这种光谱仪尤其是对于装入到诸如智能电话的手持设备中用于进行化学分析来说是令人感兴趣的。文件WO 2011093794 A1、WO 2015015493 A2和EP 1882917 B1描述了针对这样的光谱仪的例子。静态傅里叶变换光谱仪的早期的、没有微型化的形式由张（张等人，“A staticpolarization imaging spectrometer based on a Savart polariscope”，光通信第203期，2002年）以进行成像的萨伐特（Savart）偏振镜的形式提出，被称作偏振成像光谱仪（Polarization Imaging Spectrometer，PIS）而且在随后的出版物中关于最大接受角予以改进。

实现进行成像的傅里叶变换光谱仪的另一可能性在于：两个液晶元件的组合（Hegyi和Martini，“Hyperspectral imaging with a liquid crystal polarizationinterferometer”，Opt. Express，OSA，2015年）。所述两个液晶元件被用于调节在两个正交偏振分量之间的光程差。该光程差可以通过在液晶元件上的电压来调节，使得通过电压的随时间的变化可以加载随时间变化的光程差。因此，在测量的随时间的变化过程中可以记录干涉图，也就是说利用傅里叶变换光谱仪来分析随时间的变化。在出版物中还说明了：通过使用两个液晶元件可以如何大大降低光程差的角度相关性。

在WO 01/02799 A1中描述了一种微型化傅里叶变换光谱仪，所述微型化傅里叶变换光谱仪不仅包括向列液晶单元作为可调节的延迟元件，用于调节在两条干涉光线之间的光程差；而且包括固定的延迟元件，用于使可调节的光程差扩大。此外，该傅里叶变换光谱仪还包括偏振器、检偏器、光电探测器和计算机，所述计算机不仅与光电探测器连接而且与可调节的延迟元件连接。

发明内容

在该背景下，利用这里提出的方案，提出了按照独立权利要求的一种傅里叶变换光谱仪、一种用于运行傅里叶变换光谱仪的方法，此外还提出了按照独立权利要求的一种使用该方法的设备，以及最后提出了按照独立权利要求的一种相对应的计算机程序。通过在从属权利要求中列举的措施，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是可能的。

提出了具有如下特征的傅里叶变换光谱仪：

偏振单元，用于产生第一偏振状态的至少一个第一偏振光束；

探测单元，用于探测光线；

相移单元，其具有至少一个相移元件，所述相移元件被构造为：在使用第一光束的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第一相移光束；

透镜单元，其具有至少一个第一透镜元件，所述第一透镜元件被构造为：使第一相移光束转向到探测单元的第一部分上；

布置在相移单元与透镜单元之间的附加相移单元，用于在第一相移光束的部分光线之间加载附加的与角度有关的相位差；以及

检偏器单元，用于使从附加相移单元射出的光线偏振。

傅里叶变换光谱仪、也称作傅里叶变换红外光谱仪、傅里叶转换红外光谱仪或者简称FTIR光谱仪，可以被理解为用于红外光谱的微型化光谱仪。在这种情况下，不是通过波长的逐渐发生的变化来记录光谱，而是通过对所测量的干涉图的傅里叶变换来计算光谱。傅里叶变换光谱仪比如可以基于萨伐特（Savart）偏振镜来实现。可以借助于探测单元来测量干涉图。

相对应的傅里叶变换光谱仪通常包括长通滤波元件，所述长通滤波元件只传输高于一定的下限波长的波长。

偏振单元、或者简称为偏振器例如可以被理解为偏光片或者其它适合的偏振光学器件。相移单元例如可以被理解为由可彼此无关地操控的相移元件构成的阵列。可替换地，相移元件可以是具有不可改变的延迟特性的元件。该相移元件可以被构造为：在由偏振器发出的光线的正交偏振分量之间产生各自的光程差。如果设置多个相移元件，那么这些相移元件可以彼此平行地来布置。尤其是，可以将相移元件实施为液晶单元。多个相移元件可以彼此组合成一个液晶阵列（也称作LC阵列）。相移光束的部分光线经过相移元件而在空间上没有被分开。

利用相移单元在不同的偏振的光线之间产生相位差，然而这些光线没有被分开。接着，利用附加相移单元还加载附加的（与角度有关的）相移，其中不同的偏振的光线在空间上被分开。

附加相移单元可以是萨伐特偏振镜，也称作萨伐特元件或萨伐特晶体。被实施为萨伐特晶体的附加相移单元也可以被称作与入射角有关的移相器。被实施为LC减速器或双折射晶体的第一相移单元也可以被称作前置相移单元。

第一偏振光束可以被理解为多条不同传播方向的线偏振光线，所述线偏振光线也可以分别被视为两个彼此正交偏振的部分光束的叠加。

透镜单元比如可以被理解为一个透镜阵列或者也可以被理解为单个透镜。至少一个透镜元件例如可以被实现为微透镜。

这里提出的方案基于如下认识：微型化傅里叶变换光谱仪可以基于具有前置的移相器的复合萨伐特偏振镜来实现。这样，这里提出的方案例如表明：借助于傅里叶变换光谱仪与针对每个微透镜或者针对每个LC阵列元件的LC阵列或微透镜阵列结合，可以如何在探测器的一部分上产生具有可调节的中央光程差偏移量Δ_n的干涉图。与基于萨伐特偏振镜的常规的傅里叶变换光谱仪相比，这允许：尽管有入射角限制仍使用完整的探测器矩阵并且通过明显更高的最大光程差来实现更高的分辨率。由此，因为可以调节所探测的光程差范围，所以还可以降低傅里叶变换光谱仪的结构高度并且确保在记录干涉图时的最大灵活性。

例如，该傅里叶变换光谱仪可以通过将由用于单独地调节初始光程差的液晶单元构成的阵列布置在由两个双折射晶体构成的萨伐特元件前面来实现。在此，具有不同的初始光程差的光线比如可以借助于微透镜阵列聚焦到探测器上。

原则上，该傅里叶变换光谱仪由偏振器、（以不同的实施方式的）萨伐特元件、检偏器、透镜或透镜***以及探测器组成。

在这里所提出的方案中，补充双折射元件，比如晶体或LC减速器，利用所述双折射元件可以改变在具有正交的偏振状态的两条光线之间的相对相位差。如果这些附加元件中的多个附加元件与傅里叶变换光谱仪组合并且光路被分开，那么利用适合的分析算法可以实现该傅里叶变换光谱仪的更大的最大光程差并且因此实现更好的分辨率。

按照一个实施方式，相移单元可以被实施为由作为第一相移元件的第一液晶单元或者附加地或可替换地作为第二相移元件的第二液晶单元构成的液晶阵列。附加地或可替换地，透镜单元可以被实施为由作为第一透镜元件的第一微透镜或作为第二透镜元件的第二微透镜构成的微透镜阵列构成的或者不仅由第一微透镜构成而且由第二微透镜构成的微透镜阵列。通过该实施方式可以使第一或第二偏振光线的相位可变地移动。

有利的是，附加相移单元被实施为由至少一个第一双折射晶体和至少一个第二双折射晶体构成的复合体。由此，可以成本特别有利地制造该附加相移单元。

此外，傅里叶变换光谱仪可具有布置在附加相移单元与探测单元之间的光圈单元。光圈单元可具有至少一个第一通孔，用于使由第一透镜元件转向的光束通到第一部分上。附加地或可替换地，光圈单元可具有第二通孔，用于使由第二透镜元件转向的光束通到第二部分上。光圈单元例如可被实现为注塑外壳、比如以圆柱形基质的形式的注塑外壳。由此可以防止由于光散射引起的干扰影响。

也有利的是，第一相移元件被构造为通过在第一相移区间之内在第一光束的正交偏振分量之间加载相位差来产生第一相移光束。此外，第二相移元件可以被构造为：通过在第二相移区间之内在第二光束的正交偏振分量之间加载相位差来产生第二相移光束。在此，第一相移区间和第二相移区间可以部分地重叠。由此可以改善傅里叶变换光谱仪的可靠性。

按照另一实施方式，偏振单元可以被构造为：产生第二偏振状态的至少一个第二光束，其中相移单元具有至少一个第二相移元件，所述第二相移元件被构造为：在使用第二光束的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第二相移光束，其中透镜单元具有至少一个第二透镜元件，所述第二透镜元件被构造为：使第二相移光束转向到探测单元的处在第一部分之外的第二部分上，而且其中附加相移单元被构造为：在第二相移光束的部分光线之间加载附加的与角度有关的相位差。

这里提出的方案还提供了一种用于运行按照上述实施方式之一的傅里叶变换光谱仪的方法，其中该方法包括如下步骤：

产生第一偏振状态的至少一个第一光束；

在使用第一光束的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第一相移光束；

在第一相移光束的部分光线之间加载附加的与角度有关的相位差；

使从附加相移单元射出的光线偏振；而且

使第一相移光束转向到探测单元的第一部分上。

该方法例如可以以软件或者硬件或者以软件和硬件的混合形式实施，例如在控制设备中实施。

此外，这里提出的方案还提供了一种设备，所述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。通过本发明的以设备的形式的所述实施变型方案，也可以快速并且高效地解决本发明所基于的任务。

为此，该设备可具有：至少一个计算单元，用于处理信号或数据；至少一个存储单元，用于存储信号或数据；至少一个与传感器或执行器的接口，用于从传感器读入传感器信号或者用于将数据信号或控制信号输出到执行器上；和/或至少一个通信接口，用于读入或者输出数据，所述数据被嵌入到通信协议中。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器或者诸如此类的，其中存储单元可以是闪速存储器、EPROM或者磁存储单元。通信接口可以被构造为以无线方式和/或有线方式读入或者输出数据，其中可以读入或输出有线数据的通信接口例如可以电地或者光学地从相对应的数据传输线中读入这些数据或者将这些数据输出到相对应的数据传输线中。

在本情况下，设备可以被理解为如下电设备，所述电设备处理传感器信号并且根据此来输出控制信号和/或数据信号。该设备可具有如下接口，所述接口可以硬件式地和/或软件式地来构造。在硬件式的构件方案的情况下，接口例如可以是所谓的***ASIC的部分，所述***ASIC的部分包含该设备的各种各样的功能。然而也可能的是，接口是特有的集成电路，或者至少部分地由分立式器件组成。在软件式的构件方案的情况下，接口可以是软件模块，所述软件模块例如在微控制器上存在于其它软件模块旁边。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出而且在随后的描述中进一步予以阐述。其中：

图1示出了根据张的静态成像的萨伐特偏振镜的示意图；

图2示出了基于萨伐特偏振镜的微光谱仪的示意图；

图3示出了来自图2的微光谱仪的示意图；

图4示出了按照一个实施例的傅里叶变换光谱仪的示意图；而

图5示出了按照一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在随后对本发明的有利的实施例的描述中，相同或者类似的附图标记被用于在不同的附图中示出的并且起类似作用的要素，其中省去了对这些要素的重复的描述。

图1示出了根据张的静态成像的萨伐特偏振镜100的示意图。在此，借助于双折射在两条光线之间产生光程差。不需要能移动的构件来产生光程差。经过萨伐特偏振镜的光紧接着由透镜102成像到探测器104上。接着，探测器104上的图像显示出所要成像的对象，包括由于干涉引起的强度变化在内。在运行时，偏振镜受控制地以已知的速度被移动经过所要测量的对象。在此，连续地拍摄图像，据此可以针对该对象的每个点计算所属的干涉图并且紧接着对所属的干涉图进行傅里叶变换。然而，在这种情况下，通常只能将萨伐特偏振镜的表面法线周围的微小的角度范围用于分析。

图2示出了基于萨伐特偏振镜的微光谱仪200的示意图。微光谱仪200包括漫射体202、萨伐特元件204、布置在漫射体202与萨伐特元件204之间的偏振器206、探测器208、布置在萨伐特元件204与探测器208之间的透镜210以及布置在萨伐特元件204与透镜210之间的检偏器212。

图3示出了来自图2的微光谱仪200的示意图。能识别出的是由漫射体202发出的光线300的相应的光程。萨伐特元件204由两个双折射晶体301、302来实现，所述双折射晶体301、302的光轴304各与晶体的表面围出45度的角度，然而所述光轴在两个平面（也称作主截面）内，所述两个平面彼此旋转了90度。由探测器208测量的干涉信号306示例性地在探测器208右侧示出。

偏振器206使光与这些主截面成45度的角度地偏振，使得电场的朝这些主截面的方向的分量一样大。

由萨伐特元件204沿着平行于和垂直于主截面的两个偏振分量地产生的光程差是（Francon，偏振干涉仪，Wiley）

，

其中t是萨伐特元件204的双折射晶体之一的厚度，n_o和n_e是晶体的有序和无序折射率而i是入射光与表面法线围出的角度。

检偏器212使这两个分量重新朝同一方向偏振，使得这两个分量可以进行干涉。透镜208使来自同一方向、即具有相同角度和光程差的入射光在探测器208上的共同的点上成像。

重要的是，存在表面法线周围的通常几度的小角度范围，在所述小角度范围内适用上述等式非常好地一阶近似成sin i。在该范围内，在探测器208上形成线性干涉图案，也就是说在探测器208上的位置与光程差之间存在线性关系，所述线性关系导致干涉图的相应的强度。在该范围内能良好地对干涉图进行分析。

垂直地射到微光谱仪200上的光线没有得到光程差（i=0，Δ=0）而且由透镜210成像到探测器208的中间。干涉图在该点处具有其最大值。在常规的傅里叶变换光谱仪的情况下，该干涉图在探测器208上旋转了45度的角度（参见Francon）。在该方向上，光程差随着入射角线性地增加或减小。针对干涉图的强度适用：

（参见Chamberlain，The principles of interferometric spectroscopy 第7页，等式1.15）。与光程差为正或为负无关地形成关于探测器208的中点对称的干涉图，其中光谱的完整信息已经存在于干涉图的二分之一中。

因此，常规的光谱仪200在角度区间之内产生在区间内的光程差。

因此，最大光程差为，而且因此这种光谱仪的分辨率通过或者以波长来给定。因此，只有通过提高Δ_max才可能提高分辨率。因为对于萨伐特元件来说i_max是固定大小，所以只有通过选择具有高双折射的晶体（这可能与更高的成本相关联）或者通过提高晶体厚度t（这又可能使微光谱仪200的微型化变得困难）才可能提高最大光程差。附加地，在使用探测器阵列的情况下，探测器的大部分未被使用，所述探测器阵列具有比可在区间δi之内使用的面积更大的面积，如这常常在成本有利的硅像中是这种情况的那样。

与此相应地，这里提出的方案提供了一种经改善的傅里叶变换光谱仪，现在所述傅里叶变换光谱仪随后进一步予以描述。

图4示出了按照一个实施例的傅里叶变换光谱仪400（随后也称作光谱仪400）的示意图。

光谱仪400包括偏振单元402，用于产生第一偏振状态的第一光束404并且可选地产生第二偏振状态的至少一个第二光束406。光束404、406在图4中简化地被示出为单个箭头。在现实中，如依据图3所示出的那样，光束404、406可包括不同方向的光线。光束404、406分别具有相同的偏振。按照该实施例，偏振单元402被实现为偏光片，所述偏光片被涂覆到光谱仪400的漫射体单元408上。相移单元410后置于偏振单元402，所述相移单元包括第一相移元件412以及可选地至少一个第二相移元件414。按照图4，相移单元410被实现为LC阵列。在此，第一相移元件412被构造为：使第一光束404分成两个正交偏振分量并且使所述两个正交偏振分量彼此间移出一定的相位差，所述两个正交偏振分量稍后作为有序和无序光线在萨伐特元件中传播。这两条部分光线如其例如在图3中示出的那样在图4中出于清楚原因示意性地被勾画为单个箭头，其中该箭头表示从第一相移元件412射出的第一相移光线416。因此，第一相移光束416应被理解为由多个彼此相移的部分光线构成的光束。类似于此，第二相移元件414被构造为：使第二光束406分成两个正交偏振分量并且使所述两个正交偏振分量的相位彼此间移出一定的相位差。从第二相移元件414射出的第二相移光束418同样通过单个箭头来勾画出，所述第二相移光束418类似于第一相移光束那样包括多个彼此相移的部分光线。总是在两条部分光线之间相对地存在光程差，所述两条部分光线作为有序和无序光线在萨伐特元件中传播。然而，光束416、418由如下部分光线组成，所述部分光线彼此间具有不一样大的光程差。

由第一透镜元件422以及可选地至少一个第二透镜元件424组成的透镜单元420被构造为：使相移光束416、418转向到光谱仪400的探测单元426的不同的区域上。示例性地，按照图4的透镜单元420被实现为微透镜阵列。在此，第一透镜元件422使第一相移光束416转向到探测单元426的第一部分428上，而第二透镜元件424使第二相移光束418转向到探测单元426的处在第一部分428之外的第二部分430上。

在相移单元410与透镜单元420之间布置有附加相移单元432，这里是以萨伐特偏振镜的形式的附加相移单元432，所述附加相移单元也可以被称作萨伐特元件。附加相移单元432被构造为：分别在相移光束416、418的相应的分量之间产生附加的光程差，所述附加的光程差相加到通过相移单元410产生的光程差上。在附加相移单元432与透镜单元420之间布置有检偏器单元434，用于使从附加相移单元432射出的光线偏振。

为了防止在探测单元426上的不想要的光散射，在图4中示出的光谱仪400配备有可选的光圈单元436，所述光圈单元布置在透镜单元420与探测单元426之间。光圈单元436包括第一通孔438，用于使第一相移光束416通到第一部分428上；以及可选地包括至少一个第二通孔440，用于使第二相移光束418通到第二部分430上。光圈单元436例如被实现为以圆柱形基质的形式的注塑外壳。

按照一个实施例，相移单元416包括至少一个其它的相移元件442，用于使由偏振单元402产生的其它光束444的相位移动。与此相应地，透镜单元420包括至少一个其它的透镜元件446，用于使由其它相移元件442发出的其它相移光束448经过光圈单元436的其它通孔450转向到探测单元426的这里处在所述两个部分428、430之外的其它部分452上。通过其它相移光束448的箭头表示的两条部分光线彼此间不具有附加的相移。

具有控制单元462的设备460连接到相移单元410上，所述控制单元被构造为：通过输出相对应的控制信号464单独地操控所述三个相移元件412、414、442，并且这样引起光束404、406、444的不同的相移。

光谱仪400的工作原理在于：相移单元410（比如LC阵列）的每个相移元件都对由偏振单元402偏振的光束的正交偏振分量加载光程差。透镜元件、比如微透镜使光聚焦到探测单元426的不同的部分上，其中这些部分分别属于连续的光程差区间、也称作相移区间。这样，例如被分配给所述其它部分452的光程差区间为[-Δ_i, Δ_i]，被分配给所述第一部分428的光程差区间为[Δ₁-Δ_i, Δ₁+Δ_i]而被分配给所述第二部分430的光程差区间为[Δ₂-Δ_i, Δ₂+Δ_i]。在图4中示出的图是二维的。然而，在现实中，阵列也可以朝三个维度延伸。

按照一个实施例，光谱仪400包括：没有方向性的或定向的漫射体、比如漫射膜或者衍射漫射体，作为漫射体单元408；以偏光片的形式的偏振单元402；以及相移单元410、比如由双折射晶体（如铌酸锂、方解石、金红石、钒氧化钇）或固定的液晶元件构成的移相器阵列，所述相移单元410被构造为：在确定的范围内在正交偏振状态之间生成不同的光波长差。这些波长差可选地能被切换或控制，比如通过可操控的LC阵列来实现。

此外，光谱仪400还包括：萨伐特元件，作为附加相移单元432，所述萨伐特元件例如由双折射晶体（如铌酸锂、方解石、金红石或钒氧化钇）组成；以偏光片的形式的检偏器单元434；以微透镜阵列的形式的透镜单元420，例如由塑料微透镜或玻璃微透镜构成；以限制角度的圆柱形基质的形式的光圈单元436，所述光圈单元比如是注塑外壳；以及探测单元426，所述探测单元426以硅像阵列（CCD或CMOS）、Si上Ge探测器、InGaAs探测器、Ge探测器或扩展型InGaAs探测器的形式。

视实施例而定，偏振器轴和检偏器轴彼此平行或者围出90度的角度。偏振器轴和检偏器轴以与萨伐特元件的主截面成45度的角度地来布置。

LC阵列元件的数目可以等于在微透镜阵列中的微透镜的数目。

每个LC阵列元件都可以是单独地可操控的。

例如，在每个微透镜后面都布置有圆柱形基质的圆柱体，使得防止了在微透镜的范围内的光对在其它微透镜后面的探测器像素的串扰。

可替换地，光谱仪400具有单个的相移元件和单个的透镜或单个的透镜***，而不是移相器阵列、微透镜阵列和限制角度的圆柱形基质。

这种结构提供了多个优点。尤其是，可以优化结构高度与可达到的分辨率和可采样的最小波长之比。在类似于在常规的光谱仪中的结构高度的情况下，可以大大改善分辨率。在由于透镜焦距较小而引起的结构高度缩小的情况下，同样可以达到高分辨率，其中然而可以限制可采样的最小波长。在由于萨伐特元件较短而引起的结构高度缩小的情况下，不像在常规的光谱仪中情况可以如此的那样来对分辨率进行强烈限制。视照明情况而定，通过对LC元件的可变的操控可以找到信噪比与所测量的光谱的分辨率之间的最优的比例。

在下文，光谱仪400的功能示例性地依据以可控LC阵列的形式的相移单元410来描述。但是也可设想的是更简单的、静态的、不可控的解决方案。LC阵列的每个单个的LC元件都能单独地通过电压来操控。LC元件被构造为：在施加这种电压时给正交偏振分量、也就是说在萨伐特元件中平行于主截面地延伸的相同的两个正交偏振分量配备与电压有关的光程差。

因此，借助于LC阵列，根据光线延伸经过哪个LC元件可以在所述正交偏振分量之间加载初始光程差Δ₁、Δ₂等等。在适当地使用两个LC元件时，光程差只具有很低的角度相关性。

在紧接着传播经过萨伐特元件时，光线还获得所述光线在区间δΔ内的与角度有关的光程差，所述与角度有关的光程差相加到初始光程差上，因为在LC元件中以及在萨伐特元件中的相关的偏振分量是相同的偏振分量。现在，借助于微透镜阵列可以使如下光线成像到探测单元426的确定的部分区域上，所述光线分别传播经过相同的LC元件。

LC元件、微透镜和与角度有关的元件在此例如被确定尺寸为使得来自角度范围δi= [-i_max, i_max]的光被成像到探测单元426的每个部分区域上。在此，这些限制角度的元件保证了：来自相邻的微透镜的光没有被成像到探测单元426的部分区域中，也就是说防止了在各个透镜之间的串扰。

初始光程差Δ₀、Δ₁、Δ₂尤其被选择为使得在一个部分区域的最大光程差与接下来的部分区域的最小光程差之间存在轻微的重叠，也就是说Δ₁+Δ_i ≥ Δ₂-Δ_i。

因此，相对于常规的傅里叶变换光谱仪，最大光程差可以从Δ_i提高到Δ_N+Δ_i，其中Δ_N是最后的LC元件的初始光程差。在此，仅仅通过LC阵列形成附加的结构高度。记录双面的干涉图、也就是说关于探测器中间对称的干涉图也不是强制性必需的。作为替代，也可以只测量一侧、例如正光程差，使得没有记录冗余的信息。

在常规的傅里叶变换光谱仪中，尤其是萨伐特元件以及透镜由于其焦距而有助于结构高度。

借助于这里提出的方案可以消减结构高度，因为萨伐特元件可以选择得更薄，其方式是通过多个LC元件产生高光程差并且为此不需要厚的晶体。可替换地，也可以选择具有更低的双折射的更有利的材料。

对结构高度的进一步的降低可以通过如下方式来实现：具有比这对于常规的透镜来说可能的焦距更小的焦距的微透镜是可支配的。

因为每个LC元件都能单独地来操控，所以使用光谱仪400附加地允许在测量时的更大的灵活性。如果例如射到光谱仪400上的光强度大得不足以产生噪声足够低的信号，那么可以调节LC元件，使得每个初始光程差都由两个或者还更多个LC元件来加载。由此，可以被测量的最大光程差减小，也就是说分辨率降低。然而，在探测单元426的多个部分区域内可以求平均，由此又可以改善信噪比。

通常，在也被称作漫射体元件的漫射体单元408与也被称作探测器的探测单元426之间的长通滤波元件被放置在任意位置，所述长通滤波元件只传输具有比确定的滤波波长更大的波长的光线。有利地，长通滤波元件可以被用于：从干扰信号中滤出小的波长并且这样防止由于探测器的有限的采样率而引起的混叠效应，所述采样率通过探测器像素的大小和间隔来给定。

图5示出了按照一个实施例的方法500的流程图。用于运行傅里叶变换光谱仪的方法500例如可以在使用先前依据图4描述的光谱仪的情况下来执行。在此，在步骤510中，产生第一光束并且可选地产生第二光束。在另一步骤520中，在使用第一光束的情况下产生第一相移光束，而可选地在使用第二光束的情况下产生第二相移光束。在步骤540中，在第一相移光束的部分光线之间以及可选地在第二相移光束的部分光线之间加载附加的相位差。在步骤550中，使从附加相移单元射出的光线偏振。在步骤530中，使第一相移光束转向到探测单元的第一部分上，而可选地使第二相移光束转向到探测单元的第二部分上。

步骤540、550可以在时间上先于步骤530。尤其是，该方法500具有如下随时间的流程。

在步骤540中，首先在第一相移光束的部分光线之间加载附加的相位差，以便产生第一萨伐特光线。同样，可选地，在第二相移光束的部分光线之间加载附加的相位差，以便产生第二萨伐特光线。

在步骤550中，在使用第一萨伐特光线的情况下产生由相同地偏振的部分光线构成的第一检偏器光线。类似于此，可选地在使用第二萨伐特光线的情况下产生由相同地偏振的部分光线构成的第二检偏器光线。

最后，在步骤530中，使第一检偏器光线转向到第一部分上并且使第二检偏器光线转向到第二部分上。

如果一个实施例包括在第一特征与第二特征之间的“和/或”逻辑关系，那么这能被察知为使得该实施例按照一个实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征，而按照另一实施例或者只具有第一特征或者只具有第二特征。

Claims

1.一种傅里叶变换光谱仪（400），其具有如下特征：

偏振单元（402），用于产生第一偏振状态的至少一个第一光束（404）；

探测单元（426），用于探测光线（416、418、448）；

相移单元（410），其具有至少一个第一相移元件（412），所述第一相移元件被构造为：在使用所述第一光束（404）的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第一相移光束（416）；

透镜单元（420），其具有至少一个第一透镜元件（422），所述第一透镜元件被构造为：使所述第一相移光束（416）转向到所述探测单元（426）的第一部分（428）上；

布置在所述相移单元（410）与所述透镜单元（420）之间的附加相移单元（432），用于在所述第一相移光束（416）的部分光线之间和/或在第二相移光线（418）的部分光线之间加载附加的与角度有关的相位差；以及

检偏器单元（212；434），用于使从所述附加相移单元（432）射出的光线偏振。

2.根据权利要求1所述的傅里叶变换光谱仪（400），其中所述相移单元（410）被实施为由作为第一相移元件（412）的第一液晶单元和/或作为第二相移元件（414）的第二液晶单元构成的液晶阵列，和/或被实施为由两个双折射晶体构成的单一元件。

3.根据上述权利要求之一所述的傅里叶变换光谱仪（400），其中所述透镜单元（420）被实施为由作为第一透镜元件（422）的第一微透镜和/或作为第二透镜元件（424）的第二微透镜构成的微透镜阵列。

4.根据权利要求3所述的傅里叶变换光谱仪（400），其中所述附加相移单元（432）被实施为由至少一个第一双折射晶体和至少一个第二双折射晶体构成的复合体。

5.根据上述权利要求之一所述的傅里叶变换光谱仪（400），所述傅里叶变换光谱仪具有至少一个布置在所述附加相移单元（432）与所述探测单元（426）之间的光圈单元（436）。

6.根据上述权利要求之一所述的傅里叶变换光谱仪（400），其中相移元件（412、414）被构造为：通过在第一相移区间之内在所述第一光束（404）的正交偏振分量之间加载相位差来产生所述第一相移光束（416）。

7.根据上述权利要求之一所述的傅里叶变换光谱仪（400），其中所述偏振单元（402）被构造为：产生第二偏振状态的至少一个第二光束（406），其中所述相移单元（410）具有至少一个第二相移元件（414），所述第二相移元件被构造为：在使用所述第二光束（406）的情况下产生由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第二相移光束（418），其中所述透镜单元（420）具有至少一个第二透镜元件（424），所述第二透镜元件被构造为：使所述第二相移光束（418）转向到所述探测单元（426）的处在所述第一部分（428）之外的第二部分（430）上，而且其中所述附加相移单元（432）被构造为：在所述第二相移光束（418）的部分光线之间加载附加的与角度有关的相位差。

8.一种用于运行根据权利要求1至7之一所述的傅里叶变换光谱仪（400）的方法（500），其中所述方法（500）包括如下步骤：

产生（510）第一偏振状态的至少一个第一光束（404）；

在使用所述第一光束的情况下产生（520）由彼此相移的并且彼此正交偏振的部分光线构成的第一相移光束（416）；

在所述第一相移光束（416）的部分光线之间加载（540）附加的相位差；

使从所述附加相移单元（432）射出的光线偏振（550）；而且

使所述第一相移光束（416）转向（530）到所述探测单元（426）的第一部分（428）上。

9.一种设备（460），其具有单元（462），所述单元（462）被构造为实施和/或操控根据权利要求8所述的方法（500）。