DE102008054056A1 - Spektrometrische Anordnung und Verfahren zum Ermitteln eines Temperaturwerts für einen Detektor eines Spektrometers - Google Patents

Spektrometrische Anordnung und Verfahren zum Ermitteln eines Temperaturwerts für einen Detektor eines Spektrometers Download PDF

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Abstract

Zur Kompensation von Temperaturschwankungen in einem optoelektronischen Detektor ist es bekannt, mittels eines thermischen Temperaturfühlers die Detektortemperatur zu erfassen. Aufgrund der endlichen Entfernung zwischen Detektor und Temperaturfühler ist die Genauigkeit der Temperaturerfassung begrenzt. Durch die Erfindung soll die Detektortemperatur mit hoher Genauigkeit unter geringem Aufwand ermittelbar sein. Neben Mitteln zur spektralen Aufspaltung einfallenden Lichts und einem optischen Detektor zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs des aufgespalteten Lichts ist ein zweiter optischer Detektor zur Detektion eines Teilbereichs dieses Spektralbereichs als Referenzdetektor vorgesehen, wobei eine Empfindlichkeit des Referenzdetektors im wesentlichen temperaturunabhängig ist. Das Verhältnis der Signale beider Detektoren ist aufgrund der Temperaturunabhängigkeit der Empfindlichkeit des Referenzdetektors ein hochgenaues Maß für die relative Temperatur des ersten Detektors und kann mit geringem Aufwand ermittelt werden. Optische Spektrometrie.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere für die optische Spektroskopie, mit Mitteln zur spektralen Aufspaltung einfallenden Lichts und einem optischen Detektor zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs des aufgespalteten Lichts sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Temperaturwerts eines optischen Detektors zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs einfallenden Lichts.
  • Die Empfindlichkeit eines optoelektronischen Lichtdetektors, beispielsweise eines CCD- oder CMOS-Sensors, hängt insbesondere von der Temperatur des Detektors ab. Diese Temperaturabhängigkeit der Detektorempfindlichkeit beeinträchtigt die Messgenauigkeit von Spektrometern, insbesondere nahe ihrer oberen Grenzwellenlänge (am langwelligen Ende ihres Anwendungsbereiches).
  • Zur Kompensation von Temperaturschwankungen ist es bekannt, mittels eines thermischen Temperaturfühlers die Detektortemperatur zu erfassen. In DE 10 2005 003 441 A1 wird darüber hinaus beschrieben, dass zum genaueren Ermitteln des Einflusses der Umgebungstemperatur auf den Detektor ein zweiter Temperaturfühler eingesetzt werden kann. Anhand der ermittelten Detektortemperatur ist es möglich, eine Temperiereinheit des Detektors, beispielsweise eine Heizung oder Kühlung, so zu steuern, dass die Detektortemperatur konstant bleibt. Dadurch kann die Genauigkeit der Messung der auf den Detektor einfallenden Lichtleistung verbessert werden. Ein Temperaturfühler hat jedoch den Nachteil, dass die Temperatur des Detektors nur mit begrenzter Genauigkeit erfasst werden kann, da der Fühler nicht auf dem oder im Inneren des Detektors angeordnet werden kann, sondern stets in einem endlichen Abstand von dem Detektor angeordnet sein muss. Dementsprechend ist auch die Genauigkeit der Kompensation von Temperaturschwankungen begrenzt.
  • Für Spektrometer werden Detektoren mit verschiedenen Materialien verwendet, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche einsetzbar sind. Insbesondere die obere Grenzwellenlänge ist eine Materialeigenschaft, die beim Entwurf von Spektrometern beachtet werden muss. Materialien mit höherer oberer Grenzwellenlänge haben im allgemeinen die Vorteile eines größeren nutzbaren Spektralbereichs und einer geringen Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit bei gegebener Wellenlänge. Sie sind jedoch kostenaufwendiger und haben den Nachteil eines stärkeren Rauschens, das nur durch Kühlung reduziert werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass die Detektortemperatur, insbesondere zum Zweck der Kompensation von Temperaturschwankungen, mit hoher Genauigkeit unter geringem Aufwand ermittelt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist neben Mitteln zur spektralen Aufspaltung einfallenden Lichts und einem optischen Detektor zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs des aufgespalteten Lichts ein zweiter optischer Detektor zur Detektion eines Teilbereichs dieses Spektralbereichs als Referenzdetektor vorgesehen, wobei eine Empfindlichkeit des Referenzdetektors im wesentlichen temperaturunabhängig oder zumindest signifikant weniger temperaturabhängig als eine entsprechende Empfindlichkeit des ersten Detektors ist. Mittels des ersten optischen Detektors wird ein Detektionssignal für einen Teilbereich des zu detektierenden Spektralbereichs und mittels des zweiten optischen Detektors ein (nahezu) temperaturunabhängiges Referenzsignal für denselben Teilbereich des Spektralbereichs ermittelt.
  • Die auf den Referenzdetektor fallende Lichtleistung steht in einem nahezu konstanten Verhältnis zu der Lichtleistung, die der erste Detektor in dem für die Referenz verwendeten Teilbereich des Spektrums erfasst. Das Verhältnis der Signale beider Detektoren ist aufgrund der weitgehenden Temperaturunabhängigkeit der Empfindlichkeit des Referenzdetektors ein hochgenaues Maß für die relative Temperatur des ersten Detektors. Zum Ermitteln des Verhältnisses ist eine über den Teil-Spektralbereich integrierte Lichtleistung ausreichend, so dass der Referenzdetektor nicht spektral beziehungsweise räumlich auflösend zu sein braucht. Er kann daher im Vergleich zu dem ersten Detektor in deutlich geringerer Größe und mit deutlich einfacherem Aufbau ausgeführt sein. Aufgrund der zumindest näherungsweisen Temperaturunabhängigkeit der Empfindlichkeit des Referenzdetektors ist eine Kühlung des Referenzdetektors für die erfindungsgemäße Verwendung nicht erforderlich. Ein thermischer Temperaturfühler ist ebenfalls nicht erforderlich, weder für den ersten Detektor noch für den Referenzdetektor.
  • Zweckmäßigerweise weist der Referenzdetektor eine höhere obere Grenzwellenlänge auf als der erste Detektor. Dadurch wird eine geringere Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Referenzdetektors erreicht.
  • Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen, in denen als erster Detektor (Hauptdetektor) ein Siliziumdetektor (Si-Detektor) und als Referenzdetektor ein Indium-Gallium-Arsenid-Halbleiterdetektor (InGaAs-Detektor) verwendet wird.
  • Vorteilhafterweise sind der gesamte zu detektierende Spektralbereich mittels des ersten Detektors und der Teilbereich des Spektralbereichs mittels des Referenzdetektors simultan detektierbar. Durch die Gleichzeitigkeit kann eine höchstmögliche Genauigkeit des Temperaturwerts erreicht werden. Die simultane Detektion des gesamten und des Teil-Spektralbereichs gelingt auf unterschiedlichen Wegen.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Referenzdetektor derart angeordnet, dass durch ihn spektral aufgelöstes Licht detektierbar ist, das von dem ersten Detektor reflektiert wird. Auf diese Weise kann auf einen Strahlteiler und einen Bandpassfilter verzichtet werden. Zudem ist die effektive Empfindlichkeit der Anordnung hoch, da der Referenzdetektor nur vom ersten Detektor nicht detektierbares Licht empfängt. Die vom ersten Detektor detektierbare Lichtleistung bleibt trotz der Referenzmessung unverändert.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zur spektralen Aufspaltung ein abbildendes Gitter, wobei der Referenzdetektor derart angeordnet ist, dass durch ihn Licht einer anderen Beugungsordnung des Gitters detektierbar ist als durch den ersten Detektor. Auf diese Weise kann auf einen Strahlteiler verzichtet werden. Auf einen Bandpassfilter kann verzichtet werden, wenn der Referenzdetektor nicht in der nullten Ordnung angeordnet ist. Jedoch kann durch die Platzierung des Referenzdetektors in der Richtung der nullten Beugungsordnung das Spektrometer kompakt gestaltet werden, was insbesondere für die Anordnung in einem Messkopfgehäuse vorteilhaft ist. In diesem Fall ist ein Bandpassfilter für den zu detektierenden Teilbereich zweckmäßig.
  • In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist ein Strahlteiler vorgesehen, mittels dessen ein erster Bruchteil des einfallenden Lichts auf den ersten Detektor und ein zweiter Bruchteil auf den Referenzdetektor leitbar ist, wobei der Referenzdetektor mit einem Bandpassfilter für den zu detektierenden Teilbereich versehen ist. Typischerweise wird der Strahlteiler vor einem Eintrittsspalt eines Spektrometers angeordnet. Diese Anordnung kann mit geringem Aufwand erstellt werden, da die Platzierung des Referenzsensors im einfallenden Licht relativ grob erfolgen kann.
  • Zweckmäßigerweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche anhand eines Detektionssignals des Referenzdetektors und anhand mindestens eines mit dem Teilbereich korrespondierenden Detektionssignals des ersten Detektors einen relativen Temperaturwert für den ersten Detektor ermittelt. Diese Steuereinheit kann beispielsweise zusammen mit den Detektoren innerhalb eines Messkopfgehäuses angeordnet sein. Die Steuereinheit kann den ermittelten Temperaturwert insbesondere für eine spätere Verarbeitung über eine Schnittstelle ausgeben. Beispielsweise können sowohl die Detektionssignale des ersten Detektors als auch des Referenzdetektors unmittelbar an einen übergeordneten Steuerrechner weitergegeben werden, der Temperaturschwankungen der Detektionssignale später anhand der Referenzsignale korrigiert.
  • Vorzugsweise korrigiert die Steuereinheit anhand des Temperaturwerts und anhand einer Empfindlichkeitsfunktion des ersten Detektors direkt Detektionssignale des ersten Detektors. Dadurch gelingt die Kompensation einer Temperaturabhängigkeit einer Empfindlichkeit eines spektral auflösenden optischen Detektors mit hoher Genauigkeit unter geringem Aufwand. Zweckmäßigerweise wird der Temperaturwert als Quotient aus dem Referenzsignal und dem Detektionssignal ermittelt. Die Korrektur der von dem ersten Detektor ausgegebenen Detektionssignale um temperaturbedingte Schwankungen kann beispielsweise mit geringem Aufwand rein rechnerisch durchgeführt werden. Dadurch wird eine kostenaufwendige Temperiereinheit nicht benötigt. Von der Steuereinheit werden vorzugsweise die korrigierten Detektionssignale anstelle der unkorrigierten Detektionssignale ausgegeben, beispielsweise an einen übergeordneten Steuerrechner oder auf ein Speichermedium. Auf diese Weise ist die Korrektur für den Steuerrechner oder eine andere Form der Weiterverarbeitung transparent. Die erfindungsgemäße Anordnung kann dadurch auch mit bestehenden Steuerrechnern verwendet werden, ohne dass diese angepasst werden müssen.
  • Möglich sind auch Ausgestaltungen, in denen die Steuereinheit in Abhängigkeit des Temperaturwerts eine Temperiereinheit für den ersten Detektor steuert. Auch diese Ausgestaltungen ermöglichen die Kompensation einer Temperaturabhängigkeit einer Empfindlichkeit eines spektral auflösenden optischen Detektors mit hoher Genauigkeit.
  • Vorteilhafterweise wird eine Empfindlichkeitsfunktion des ersten Detektors während eines Aufwärmvorgangs oder nach einem Aufwärmvorgang gemessen, um Einflüsse von Schwankungen aufgrund von Fertigungstoleranzen zu vermeiden. Alternativ kann eine vom Detektorhersteller vorgegebene Empfindlichkeitsfunktion verwendet werden.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Spektrometer mit einer Lichtquelle und einer der zuvor beschriebenen Anordnungen. Darüber hinaus kann das Spektrometer als Messkopf in einem abgeschlossenen Gehäuse verkapselt sein, der zur Ausgabe von korrigierten oder unkorrigierten Detektionssignalen über eine Schnittstelle an ein elektronisches Bussystem anschließbar ist. Daneben umfasst die Erfindung auch ein Computerprogramm und eine Steuereinheit, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein erstes optisches Spektrometer mit optischem Referenzdetektor,
  • 2 ein zweites optisches Spektrometer mit optischem Referenzdetektor,
  • 3 ein drittes optisches Spektrometer mit optischem Referenzdetektor und
  • 4 ein viertes optisches Spektrometer mit optischem Referenzdetektor.
  • In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.
  • 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung am Beispiel eines optischen Spektrometers 10. Die Erfindung kann stattdessen auch mit jeder anderen Spektrometeranordnung realisiert werden, insbesondere mit nach dem Stand der Technik bekannten Spektrometeranordnungen. Der Einfachheit halber ist weder eine Lichtquelle, noch ein Gehäuse noch eine zu untersuchende Probe abgebildet.
  • Das Spektrometer 10 besteht in der Reihenfolge des Lichtweges aus einem Eintrittsspalt 1, einem abbildendem Gitter 2 und einem ersten Detektor 3, der zur Detektion unterschiedlicher spektraler Subspektralbereiche zeilen- oder matrixförmig angeordnete Detektorelemente 3.1, 3.2, ... (Pixel) aufweist. Zusätzlich kann der erste Detektor 3 mit einer Temperiereinheit 4, nämlich einer Heizung oder einer Kühlung oder beidem versehen sein. Beispielsweise handelt es sich im einfachsten Fall um einen Heizwiderstand in der Nähe des ersten Detektors 3. Eine Steuer- und Auswerteeinheit 5 ist mit dem ersten Detektor 3 und der Temperiereinheit 4 verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 5 erfasst ein jeweiliges Detektionssignal Di für jedes Detektorelement 3.i und steuert die Temperiereinheit 4. Der Einfachheit halber zeigt die Abbildung stellvertretend für die Gesamtheit der Detektionssignale Di nur eine einzelne Verbindung. Der mit dem Spektrometer 10 zu erfassende Spektralbereich ist beispielsweise 600 nm bis 1080 nm. Als erster Detektor 3 wird dementsprechend ein Si-Detektor verwendet, dessen obere Grenzwellenlänge von beispielsweise λmax = 1100 nm gerade ausreicht, um den geforderten Spektralbereich zu erfassen. Das abbildende Gitter 2 spaltet zu diesem Zweck das durch den Eintrittsspalt 1 einfallende Licht L spektral auf und bildet den Eintrittsgalt 1 auf den ersten Detektor 3 ab, der so angeordnet ist, dass er ausschließlich spektral aufgespaltetes Licht S der +1. Beugungsordnung des Gitters 2 in einem Spektralbereich λmin ... λmax erfasst. Jedes seiner Detektorelemente nimmt eine optische Lichtleistung in einem jeweiligen Subspektralbereich auf und gibt sie in Form eines jeweiligen elektrischen Detektionssignals Di an die Steuer- und Auswerteeinheit 5 aus. Insoweit ist der Aufbau des Spektrometers 10 aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Über den bekannten Stand der Technik hinaus enthält das Spektrometer 10 einen einzelnen InGaAs-Detektor als Referenzdetektor 6 mit einer höheren oberen Grenzwellenlänge als der des ersten Detektors 3 aus Silizium. Die obere Grenzwellenlänge beträgt beispielsweise 1700 nm. Der Referenzdetektor 6 empfängt spektral aufgespaltetes, von der Oberfläche des ersten Detektors 3 reflektiertes Licht S. Es wird folglich ein Anteil des einfallenden Lichts L genutzt, der von dem ersten Detektor 3 prinzipiell nicht detektiert werden kann. Aufgrund seiner Oberflächengröße und Platzierung erfasst der Referenzdetektor 6 Licht von beispielsweise 1040 nm bis 1060 nm, also einen Teilbereich in der Nähe des langwelligen Endes λmax des Spektralbereiches des ersten Detektors 3. Da der Referenzdetektor 6 nur ein einzelnes Detektorelement aufweist, integriert er die Lichtleistung über diesen Teil-Spektralbereich. Der Referenzdetektor 6 gibt die aufgenommene Lichtleistung in Form eines Detektionssignals R als temperaturunabhängige Referenz an die Steuer- und Auswerteeinheit 5 aus.
  • Die Empfindlichkeit des zweiten Detektors 6 hat bei einer Wellenlänge von 1050 nm wegen der höheren Grenzwellenlänge eine signifikant geringere Temperaturabhängigkeit als die des Si-Detektors 3, so dass die Temperaturabhängigkeit des Referenzdetektors 6 vernachlässigt werden kann. Die im Referenzdetektor 6 detektierte Lichtleistung steht dann in einem konstanten Verhältnis zu der Lichtleistung, die der erste Detektor 3 in demselben Teilbereich des gesamten detektierten Spektralbereichs λmin ... λmax erfasst. Das Verhältnis dieser Lichtleistungen der beiden Detektoren 3 und 6 ist somit ein relatives Maß für die Temperatur des ersten Detektors 3. Dieser Temperaturwert kann von der Steuer- und Auswerteeinheit 5 zur Steuerung der Temperiereinheit 4, insbesondere zur Regelung der Heizung oder Kühlung des ersten Detektors 3, oder zur rechnerischen Korrektur der Detektionssignale Di des ersten Detektors 3 verwendet werden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 5 summiert zu diesem Zweck zunächst diejenigen Detektionssignale Di der einzelnen Detektorelemente 3.i des ersten Detektors 3, die den Wellenlängen von 1040 nm bis 1060 nm, das heißt, dem Teilbereich, den der einzelne InGaAs-Detektor 6 erfasst, entsprechen. Dann bildet sie das Verhältnis dieser Summe ΣDi zum Detektionssignal R des InGaAs-Referenzdetektors 6, um einen Temperaturwert Trel = R/ΣDi für den ersten Detektor 3 zu ermitteln. Wenn die Grenzen der von den relevanten Detektorelementen 3.i aufgenommenen Subspektralbereiche nicht genau mit den Grenzen des von dem Referenzdetektor 6 aufgenommenen Teilbereichs des gesamten zu detektierenden Spektralbereichs λmin ... λmax übereinstimmen, werden bei der Summierung der Detektionssignale Di entsprechende Wichtungsfaktoren gi verwendet (ΣgiDi), so dass sich der relative Temperaturwert berechnet als Trel = R/(ΣgiDi).
  • Soll die Temperatur des Si-Detektors 3 konstant gehalten werden, muss die Heizleistung verringert beziehungsweise die Kühlleistung erhöht werden, wenn dieses Verhältnis einen vorgegebenen Sollwert für den relativen Temperaturwert Trel überschreitet und umgekehrt. Dies kann innerhalb eines an sich bekannten Regelkreises erfolgen.
  • Die alternative rechnerische Korrektur der Detektionssignale Di erfolgt mit einer vom Detektorhersteller bekanntgegebenen oder in einer Klimakammer ermittelten wellenlängen- und temperaturabhängigen Empfindlichkeitsfunktion. Alternativ kann es wegen unvermeidbarer Fertigungstoleranzen vorteilhaft sein, die Empfindlichkeitskurve für ein konkretes Spektrometer 10 unmittelbar nach dem Einschalten des Spektrometers 10 und der damit verbundenen Eigenerwärmung zu vermessen. Zusätzlich kann, wenn vorhanden, eine Heizung eingeschaltet werden, um die wellenlängen- und temperaturabhängige Empfindlichkeitsfunktion zu vermessen. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, eine vorhandene Heizung während des normalen Messbetriebes des Spektrometers 10 ausgeschaltet zu lassen und nur die rechnerische Empfindlichkeitskompensation zu verwenden, da eine höhere Detektortemperatur auch zu einem höheren Detektorrauschen führt.
  • In 2 ist eine alternative Anordnung des Referenzdetektors 6 dargestellt. Er ist beispielsweise so angeordnet, dass er spektral aufgespaltetes Licht S der –1. (minus ersten) Beugungsordnung in einem Teil-Spektralbereich von beispielsweise 1040 nm bis 1060 nm erfasst. Der Referenzdetektor 6 ist somit in der Richtung einer anderen Beugungsordnung des Gitters 2 angeordnet als der erste Detektor 3. Alle übrigen Komponenten des Spektrometers 10 entsprechen in Anordnung und Funktion dem Spektrometer 10 gemäß 1. In alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann der Referenzsensor 6 statt in der Richtung der –1. Beugungsordnung in der Richtung einer betragsmäßig höheren Beugungsordnung, beispielsweise der +2. oder der –2. Beugungsordnung, angeordnet sein.
  • 3 zeigt eine weitere alternative Anordnung des Referenzdetektors 6 in der nullten Beugungsordnung des abbildenden Gitters 2. Auch in diesem Fall ist der Referenzdetektor 6 in der Richtung einer anderen Beugungsordnung des Gitters 2 angeordnet als der erste Detektor 3. Vor dem Referenzdetektor 6 ist ein Bandpassfilter 7 angeordnet, da der auf den Detektor 6 fallende Lichtanteil L' in der nullten Beugungsordnung nicht spektral aufgespaltet ist. Durch den Bandpassfilter 7 erfasst der Referenzdetektor 6 nur einen Teil-Spektralbereich von beispielsweise 1040 nm bis 1060 nm. Alle übrigen Komponenten des Spektrometers 10 entsprechen in Anordnung und Funktion dem Spektrometer 10 gemäß 1.
  • In 4 ist eine weitere alternative Anordnung des Referenzdetektors 6 dargestellt. Er ist vor dem Eintrittsspalt 1 hinter einem Strahlteiler 8 angeordnet, so dass ein nicht spektral aufgespalteter Anteil L' des einfallenden Lichts L in Richtung des Detektors 6 ausgekoppelt wird. Ein Bandpassfilter 7 ist erforderlich, damit von dem einfallenden Lichtanteil L' nur ein Teilbereich von beispielsweise 1040 nm bis 1060 nm des von dem ersten Detektor 3 erfassten Spektralbereichs λmin ... λmax erfasst wird. Alle übrigen Komponenten des Spektrometers 10 entsprechen in Anordnung und Funktion dem Spektrometer 10 gemäß 1. Bei einem Spektrometer 10 mit einem Lichtleitereingang (nicht abgebildet) kann als Strahlteiler ein Y-verzweigter Lichtleiter verwendet werden.
  • 1
    Eintrittsspalt
    2
    Abbildendes Beugungsgitter
    3
    Erster Detektor
    3.1
    Detektionselemente
    4
    Temperiereinheit
    5
    Steuer- und Auswerteeinheit
    6
    Referenzdetektor
    7
    Bandpassfilter
    8
    Strahlteiler
    10
    Spektrometer
    L
    Einfallendes Licht
    L'
    Anteil des einfallenden Lichts (nicht spektral aufgespaltet)
    S
    Spektral aufgespaltetes Licht
    D
    Detektionssignal
    R
    Referenzsignal
    λmin
    Untere Grenzwellenlänge des ersten Detektors
    λmax
    Obere Grenzwellenlänge des ersten Detektors
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005003441 A1 [0003]

Claims (16)

  1. Anordnung, insbesondere für die optische Spektroskopie, mit Mitteln (2) zur spektralen Aufspaltung einfallenden Lichts (L) und einem optischen Detektor (3) zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs des aufgespalteten Lichts (S), gekennzeichnet durch einen zweiten optischen Detektor zur Detektion eines Teilbereichs des zu detektierenden Spektralbereichs (λmin ... λmax) als Referenzdetektor (6), wobei eine Empfindlichkeit des Referenzdetektors (6) im wesentlichen temperaturunabhängig oder zumindest signifikant weniger temperaturabhängig ist als eine entsprechende Empfindlichkeit des ersten Detektors (3).
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdetektor (6) eine höhere obere Grenzwellenlänge aufweist als der erste Detektor (3).
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdetektor (6) als Indium-Gallium-Arsenid-Halbleiterdetektor ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralbereich (λmin ... λmax) mittels des ersten Detektors (3) und der Teilbereich mittels des Referenzdetektors (6) simultan detektierbar sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (8), mittels dessen ein erster Bruchteil des einfallenden Lichts (L) auf den ersten Detektor (3) und ein zweiter Bruchteil auf den Referenzdetektor (6) leitbar ist, wobei der Referenzdetektor (6) mit einem Bandpassfilter (8) für den zu detektierenden Teilbereich versehen ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdetektor (6) derart angeordnet ist, dass durch ihn spektral aufgelöstes Licht (S) detektierbar ist, das von dem ersten Detektor (3) reflektiert wird.
  7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2) zur spektralen Aufspaltung ein abbildendes Gitter umfassen, wobei der Referenzdetektor (6) derart angeordnet ist, dass durch ihn Licht einer anderen Beugungsordnung des Gitters detektierbar ist als durch den ersten Detektor (3).
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Referenzdetektor (6) Licht der nullten Beugungsordnung detektierbar ist, wobei der Referenzdetektor (6) mit einem Bandpassfilter (8) für den zu detektierenden Teilbereich versehen ist.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (5), welche anhand eines Detektionssignals (R) des Referenzdetektors (6) und anhand mindestens eines mit dem Teilbereich korrespondierenden Detektionssignals des ersten Detektors (3) einen relativen Temperaturwert für den ersten Detektor (3) ermittelt.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) anhand des Temperaturwerts und anhand einer Empfindlichkeitsfunktion des ersten Detektors (3) Detektionssignale (D) des ersten Detektors (3) korrigiert oder in Abhängigkeit des Temperaturwerts eine Temperiereinheit (4) für den ersten Detektor (3) steuert.
  11. Spektrometer (10) mit einer Lichtquelle und einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Verfahren zum Ermitteln eines Temperaturwerts eines ersten optischen Detektors (3) zur spektral aufgelösten Detektion eines Spektralbereichs (λmin ... λmax) einfallenden Lichts (L), wobei mittels des ersten Detektors (3) ein Detektionssignal (D) für einen Teilbereich des Spektralbereichs (λmin ... λmax) und mittels eines zweiten optischen Detektors (6), dessen Empfindlichkeit im wesentlichen temperaturunabhängig oder zumindest signifikant weniger temperaturabhängig als eine entsprechende Empfindlichkeit des ersten Detektors (3) ist, ein Referenzsignal (R) für denselben Teilbereich des Spektralbereichs (λmin ... λmax) ermittelt wird, wobei anhand des Detektionssignals (D) und anhand des Referenzsignals (R) ein relativer Temperaturwert für den ersten Detektor (3) ermittelt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei anhand des Temperaturwerts und anhand einer Empfindlichkeitsfunktion des ersten Detektors (3) Detektionssignale (D) des ersten Detektors (3) korrigiert oder wobei in Abhängigkeit des Temperaturwerts eine Temperiereinheit (4) für den ersten Detektor (3) gesteuert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Temperaturwert als Quotient aus dem Referenzsignal (R) und dem Detektionssignal (D) ermittelt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine Empfindlichkeitsfunktion des ersten Detektors (3) während eines Aufwärmvorgangs oder nach einem Aufwärmvorgang gemessen wird.
  16. Computerprogramm oder Steuereinheit, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
DE102008054056A 2008-10-31 2008-10-31 Spektrometrische Anordnung und Verfahren zum Ermitteln eines Temperaturwerts für einen Detektor eines Spektrometers Withdrawn DE102008054056A1 (de)

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