DE102023122666A1 - Fast, temporally and spatially high-resolution magnetic field camera based on a NV fluorescence camera - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sensorkopf (21) mit einer Sensorschicht (5) und mit einer Lichtquelle (2) für Pumpstrahlung (13) und mit einer Fluoreszenzkamera mit einem Lichtsensorarray (1) aus Lichtsensoren. Die Sensorschicht (5)umfasst paramagnetische Zentren, die bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (13) Fluoreszenzstrahlung (14) emittieren. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (14) hängt örtlich und zeitlich von der Intensität der Pumpstrahlung und der Intensität der magnetischen Flussdichte am jeweiligen Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorschicht (5) ab. Die Fluoreszenzkamera erfasst ein Fluoreszenzbild der Emissionsintensitätsverteilung für die Fluoreszenzstrahlungsemission aus der Sensorschicht (5) und stellt es für die weitere Verwendung bereitstellt.The invention relates to a sensor head (21) with a sensor layer (5) and with a light source (2) for pump radiation (13) and with a fluorescence camera with a light sensor array (1) made of light sensors. The sensor layer (5) comprises paramagnetic centers which emit fluorescent radiation (14) when irradiated with pump radiation (13). The intensity of the fluorescence radiation (14) depends spatially and temporally on the intensity of the pump radiation and the intensity of the magnetic flux density at the respective location of the respective paramagnetic center in the sensor layer (5). The fluorescence camera captures a fluorescence image of the emission intensity distribution for the fluorescence radiation emission from the sensor layer (5) and makes it available for further use.
Description
Feld der ErfindungField of invention
Die Erfindung richtet sich auf eine schnelle, zeitlich und räumlich hochauflösende Magnetfeldkamera auf Basis einer Fluoreszenzkamera.The invention is aimed at a fast, temporally and spatially high-resolution magnetic field camera based on a fluorescence camera.
Allgemeine EinleitungGeneral introduction
Es ist ein seit langem bekanntes Problem der Magnetfeldmesstechnik, magnetische Felder ortsaufgelöst zu vermessen und Bilder der örtlichen Verteilung der Magnetfelder zu erzeugen.It is a long-known problem in magnetic field measurement technology to measure magnetic fields in a spatially resolved manner and to generate images of the local distribution of the magnetic fields.
Solche Vorrichtung messen in der Regel das Magnetfeld punktuell und zeitlich hintereinander an verschiedenen Messpunkten. Auf diese Weise erhält eine solche Vorrichtung aus dem Stand der Technik für jeden der Messpunkte einen Messwert für das Magnetfeld. Aus einer flächigen oder räumlichen Abtastung des Magnetfelds innerhalb des Messvolumens kann so eine Digitalisierung der Magnetfeldmesswerte innerhalb des Messvolumens durch Zeitmultiplex erreicht werden. Aus dem Stand der Technik ist eine Verwendung solcher Vorrichtungen und Methoden zur Vermessung von statischen magnetischen (Streufeldern) oder dynamischen (Streu-) Feldern (z.B. Wirbelstrom) im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekannt.Such devices usually measure the magnetic field selectively and one after the other at different measuring points. In this way, such a device from the prior art receives a measured value for the magnetic field for each of the measuring points. From a flat or spatial scanning of the magnetic field within the measurement volume, digitalization of the magnetic field measurement values within the measurement volume can be achieved by time division multiplexing. The use of such devices and methods for measuring static magnetic (stray fields) or dynamic (stray) fields (e.g. eddy current) in the field of non-destructive material testing is known from the prior art.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
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Aus der noch unveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung
Die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
Aktuelle Magnetfeldsensoren (Hall-, AMR-, TMR-Sensoren) mitteln das Magnetfeld über ein bestimmtes Volumen und geben somit nur den Mittelwert des Magnetfeldes über ein relativ großes Messvolumen wieder.Current magnetic field sensors (Hall, AMR, TMR sensors) average the magnetic field over a certain volume and therefore only reflect the average value of the magnetic field over a relatively large measuring volume.
Flächige Sensoren existieren in Form von Kerr-Mikroskopen, welche den magneto-optischen Kerr-Effekt nutzen. Messungen mit Kerr-Mikroskopen können jedoch nut die Magnetisierung eines Objektes und nicht die magnetische Flussdichte B bestimmen.Flat sensors exist in the form of Kerr microscopes, which use the magneto-optical Kerr effect. However, measurements with Kerr microscopes can only determine the magnetization of an object and not the magnetic flux density B.
Weitere flächige Sensoren sind Systeme, die den Faraday-Effekt nutzen. Durch die geringe Effektstärke sind diese Geräte jedoch sehr groß im Vergleich zur Messfläche und benötigen teure Polarisationsoptiken.Other flat sensors are systems that use the Faraday effect. However, due to the low effect strength, these devices are very large compared to the measuring area and require expensive polarization optics.
Einfachere Flächensensoren bestehen aus Arrays von Hallsensoren, welche jedoch durch die Notwendigkeit der elektrisch einzeln zu kontaktierenden Sensoren nur eine begrenzte Ortsauflösung aufweisen und nicht gut skalierbar sind.Simpler surface sensors consist of arrays of Hall sensors, which, however, only have a limited spatial resolution and are not easily scalable due to the need for the sensors to be electrically contacted individually.
Die Aufgabe des hier vorgelegten Vorschlags ist somit, hochauflösend die Magnetfeldverteilung in einer Fläche zu erfassen.The task of the proposal presented here is to record the magnetic field distribution in an area in high resolution.
AufgabeTask
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.The proposal is therefore based on the task of creating a solution that does not have the above disadvantages of the prior art and has further advantages.
Der unabhängige Anspruch löst diese Aufgabe. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The independent claim solves this problem. Further refinements are the subject of the subclaims.
Lösung der AufgabeSolution to the task
Die Grundidee des in diesem Dokument beschriebenen Vorschlags ist, das Fluoreszenzlicht einer magnetfeldsensitiven Fluoreszenzschicht mittels einer optischen Fluoreszenzlichtkamera zu erfassen. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, als Fluoreszenzschicht Diamantkristalle und zwar vorzugsweise Diamantnanokristalle in einem Trägermaterial als Material der Fluoreszenzschicht zu verwenden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Diamantnanokristallen um HDNV-Diamanten. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die oben angegebenen Dokument aus dem Stand der Technik. (Z.B.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, die NV-Zentren in den Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht mit einer Pumpstrahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge zu bestrahlen. Diese Bestrahlung der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht mit Pumpstrahlung regt die NV-Zentren der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht zur Emission von Fluoreszenzstrahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge an. Bevorzugt ist das Trägermaterial, in dem die Nanodiamanten eingebettet sind, für Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge und für Strahlung der Fluoreszenzwellenlänge transparent. Die magnetische Flussdichte B des zu vermessenden magnetischen Feldes durchdringt die Fluoreszenzschicht. Typischerweise ist die Durchdringung der Fluoreszenzschicht durch die magnetische Flussdichte B nicht homogen, sondern hängt von den magnetisierbaren Körpern und der Verteilung magnetischer Stoffe etc. in der Nähe der Fluoreszenzschicht ab. Bevorzugt ist die Orientierung der Nanodiamanten stochastisch gleichmäßig verteilt, sodass die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht nicht von der Richtung der magnetischen Flussdichte B, sondern nur von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B abhängt.The document presented here proposes irradiating the NV centers in the nanodiamonds of the fluorescent layer with pump radiation at a pump radiation wavelength. This irradiation of the nanodiamonds of the fluorescence layer with pump radiation stimulates the NV centers of the nanodiamonds of the fluorescence layer to emit fluorescence radiation with a fluorescence wavelength. The carrier material in which the nanodiamonds are embedded is preferably transparent to radiation of the pump radiation wavelength and to radiation of the fluorescence wavelength. The magnetic flux density B of the magnetic field to be measured penetrates the fluorescent layer. Typically, the penetration of the fluorescent layer by the magnetic flux density B is not homogeneous, but depends on the magnetizable bodies and the distribution of magnetic substances etc. in the vicinity of the fluorescent layer. The orientation of the nanodiamonds is preferably stochastically uniformly distributed, so that the fluorescence radiation of the NV centers of the nanodiamonds of the fluorescence layer does not depend on the direction of the magnetic flux density B, but only on the amount of the magnetic flux density B.
Typischerweise hängt daher die Fluoreszenzstrahlungsintensität der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren der Fluoreszenzschicht ortsabhängig von dem ortsabhängigen Betrag der magnetischen Flussdichte am Ort des jeweiligen NV-Zentrums in der Fluoreszenzschicht ab.Typically, the fluorescence radiation intensity of the fluorescence radiation of the NV centers of the fluorescence layer depends on the location-dependent amount of the magnetic flux density at the location of the respective NV center in the fluorescence layer.
Eine Fluoreszenzkamera erfasst die ortsabhängige Intensität der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren in einer Schichtmit paramagnetischen Zentren in einer Vielzahl von Kristallen . Hierzu umfasst die Fluoreszenzkamera bevorzugt einem zweidimensionales Array von Lichtsensoren eines Lichtsensorarrays, die für die elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzwellenlänge empfindlich sind. Beispielsweis kann das zweidimensionales Array von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays der Fluoreszenzkamera ein CCD-Sensor-Array oder ein CMOS-Array oder ein SPAD-Array umfassen. Eine Auswerteschaltung stellt den Lichtsensoren, soweit notwendig, die ggf. erforderliche Betriebsspannung zur Verfügung. Typischerweise erzeugen die Lichtsensoren einen Fotostrom und/oder eine Fotoladung, die typischerweise proportional zur empfangenen Lichtintensität ist oder zumindest von der jeweils empfangenen Lichtintensität abhängt. Die Auswerteschaltung erfasst den Wert dieses Fotostroms bzw. der Fotoladung und ermittelt daraus pixelweise einen Messwert für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung an dem Ort der Fluoreszenzschicht der Sensorschicht, den die Optik der Fluoreszenzkamera auf das jeweilige Pixel abbildet. Die Fluoreszenzschicht umfasst Kristalle mit paramagnetischen Zentren, die in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B und der Intensität der Pumpstrahlung mit der sie bestrahlt werden, fluoreszieren. Auf diese Weise kann die Fluoreszenzkamera die einen Wert der magnetischen Flussdichte je Pixel des Fotodetektor-Arrays bestimmen, der mit einen diesem Pixel zugeordneten Bereich der Fluoreszenzschicht korrespondiert.A fluorescence camera records the location-dependent intensity of the fluorescence radiation of the NV centers in a layer with paramagnetic centers in a large number of crystals. For this purpose, the fluorescence camera preferably comprises a two-dimensional array of light sensors of a light sensor array that are sensitive to the electromagnetic radiation of the fluorescence wavelength. For example, the two-dimensional array of light sensors of the light sensor array of the fluorescence camera may include a CCD sensor array or a CMOS array or a SPAD array. An evaluation circuit provides the light sensors with any required operating voltage, if necessary. Typically, the light sensors generate a photocurrent and/or a photocharge, which is typically proportional to the light intensity received or at least depends on the light intensity received in each case. The evaluation circuit records the value of this photocurrent or photocharge and determines one pixel by pixel Measurement value for the intensity of the fluorescence radiation at the location of the fluorescence layer of the sensor layer, which the optics of the fluorescence camera image on the respective pixel. The fluorescent layer comprises crystals with paramagnetic centers that fluoresce depending on the magnetic flux density B and the intensity of the pump radiation with which they are irradiated. In this way, the fluorescence camera can determine a value of the magnetic flux density per pixel of the photodetector array that corresponds to an area of the fluorescence layer assigned to this pixel.
Die Erfindung nutzt die Verbindung zwischen Diamantstaub und UV-Kleber und das Know-How aus Messungen von Magnetfeldern durch fasergekoppelte Messung der Fluoreszenz von NV-reichem Diamantpulver. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die unveröffentlichte deutschen Patentanmeldung
Als Sensorelement kommt flächig auf ein Trägermaterial aufgebrachter NV-haltiger Diamantstaub (Größe beliebig, sollte jedoch möglichst im Bereich von 100nm - 2µm Partikeln liegen.) in Verbindung mit einem optisch transparenten (500nm - 850nm) Verbundmaterial (z.B. UV-Kleber oder anderen optisch transparenten Materialien, wie z.B. Glas, Glaspasten, Epoxy etc.) zum Einsatz. Dabei gibt es keine Einschränkungen für die Flächengröße und Form (z.B. gekrümmte oder flexible Flächen sind möglich). Die Schichtdicke der Sensorschicht ist dabei deutlich kleiner als die Flächenausdehnung (typ. wenige 10µm). Zusätzlich kann das Trägermaterial verspiegelt werden, um die Anregung und Detektion zu verbessern, sowie mögliches Streulicht von außerhalb des Sensors zu blockieren. Dazu können Metalle (z.B. Au, Ti, Al, Ag) auf das Trägermaterial aufgebracht werden oder dielektrische Verspiegelungen genutzt werden. Als Trägermaterial kann z.B. Keramik, (gehärtetes-) Glas oder Metall genutzt werden. Um möglichst nah mit dem Sensorelement an ein Prüfstück zu gelangen, sollte das Trägermaterial möglichst dünn ausgestaltet sein. Um die Stabilität des Trägermaterials in Verbindung mit dem Diamantmaterial zu gewährleisten, kann auf das Diamantmaterial ein weiteres (dickeres) optisch transparentes Trägermaterial aufgebracht werden.The sensor element is NV-containing diamond dust applied flatly to a carrier material (any size, but should preferably be in the range of 100nm - 2µm particles) in conjunction with an optically transparent (500nm - 850nm) composite material (e.g. UV adhesive or other optically transparent Materials such as glass, glass pastes, epoxy etc.) are used. There are no restrictions on surface size and shape (e.g. curved or flexible surfaces are possible). The layer thickness of the sensor layer is significantly smaller than the surface area (typically a few 10µm). Additionally, the carrier material can be mirrored to improve excitation and detection, as well as to block possible stray light from outside the sensor. For this purpose, metals (e.g. Au, Ti, Al, Ag) can be applied to the carrier material or dielectric mirror coatings can be used. For example, ceramic, (tempered) glass or metal can be used as a carrier material. In order to get the sensor element as close as possible to a test piece, the carrier material should be made as thin as possible. In order to ensure the stability of the carrier material in conjunction with the diamond material, a further (thicker) optically transparent carrier material can be applied to the diamond material.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben eine Sensorschicht vor. Dabei weist die Sensorschicht vorzugsweise ein Trägermaterial auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten oder andere Kristalle, die paramagnetische Zentren umfassen, eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. ein oder mehrere oder alle Kristalle dieser Kristalle weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren der Sensorschicht und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Sensorschicht emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung zumindest eine Fluoreszenzstrahlung. Das Besondere der in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Sensorschicht ist, dass das Trägermaterial beispielsweise ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial sein kann und dass das Trägermaterial nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels ist die Fertigung einer solchen Sensorschicht besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The document presented here proposes a sensor layer for these and other applications with similar measurement tasks. The sensor layer preferably has a carrier material in which a large number of diamonds or other crystals that include paramagnetic centers are embedded. One or more or all of these diamonds or one or more or all of these crystals have one or more NV centers and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers of the sensor layer and/or the other paramagnetic centers of the sensor layer emit at least fluorescent radiation when irradiated with pump radiation. The special feature of the sensor layer proposed in the document presented here is that the carrier material can be, for example, a carrier material hardened using electromagnetic radiation and that after hardening the carrier material is susceptible to radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation with which the NV centers NVZ and/or or the other paramagnetic centers are pumped, is essentially transparent. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. In the same way, the carrier material should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation of the NV centers. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier, the production of such a sensor layer is particularly easy and reliable with a high C pk value.
In einer Variante der Sensorschicht sind die Diamanten bzw. Kristalle im Trägermaterial der Sensorschicht im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert sind. Dies hat den Vorteil, dass sich die Sensorschicht isotrop verhält und keine Vorzugsrichtung zeigt. Die Mischung verschiedenster Diamantkristalle zw. Kristalle kann die Messergebnisse homogenisieren und den Cpk-Wert verbessern.In a variant of the sensor layer, the diamonds or crystals in the carrier material of the sensor layer are essentially oriented differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the advantage that the sensor layer behaves isotropically and does not show a preferred direction. Mixing different diamond crystals between crystals can homogenize the measurement results and improve the Cpk value.
Das Diamantmaterial der Sensorschicht wird vorzugsweise, wenn es NV-Zentren enthält, mit grünem Licht angeregt. Dies kann z.B. durch eine oder mehrere LEDs als Lichtquelle erfolgen. Um die gezielte Anregung des Diamantmaterials zu verbessern können Linsen zur Fokussierung / Ausrichtung der Anregung verwendet werden. Die Fluoreszenzstrahlung wird anschließend mit einem Lichtsensorarray gemessen. Zur optimalen Detektion kann die Fluoreszenzemission der Fluoreszenzstrahlung mit einem Objektiv / einer Linse auf das Lichtsensorarray abgebildet werden (Fluoreszenzkamera). Alternativ kann das Diamantmaterial mit optischen Filtern auch direkt auf ein Lichtsensorarray aufgebracht werden- der Messbereich entspricht dann aber nur der der Größe des Sensorarrays. Zur Verbesserung des Kontrastes kann ein Shortpass-Filter vor der LED, also der Lichtquelle, und/oder ein Longpass-Filter vor dem Lichtsensorarray verwendet werden, wobei die Grenz-Wellenlänge des Shortpass-Filters kleiner als die des Longpass-Filters sein sollte. Das Longpass-Filter lässt typischerweise elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im technisch für die betreffende Anwendung relevanten Wellenlängenbereich größer als die Grenzwellenlänge des Longpass-Filters passieren. Das Shortpass-Filter lässt elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im technisch für die betreffende Anwendung relevanten Wellenlängenbereich kleiner als die Grenzwellenlänge des Shortpass-Filters passieren. Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung als Lichtsensorarray ein monochromes Lichtsensorarray ohne RGB-Filter und ohne Infrarotfilter.The diamond material of the sensor layer is preferably excited with green light if it contains NV centers. This can be done, for example, using one or more LEDs as a light source. In order to improve the targeted excitation of the diamond material, lenses can be used to focus/align the excitation. The fluorescence radiation is then measured using a light sensor array. For optimal detection, the fluorescence emission of the fluorescence radiation can be imaged onto the light sensor array using an objective/lens (fluorescence camera). Alternatively, the diamond material can also be applied directly to a light sensor array using optical filters - but the measuring range then only corresponds to the size of the sensor array. A shortpass filter can be used to improve the contrast in front of the LED, i.e. the light source, and/or a longpass filter in front of the light sensor array can be used, whereby the cutoff wavelength of the shortpass filter should be smaller than that of the longpass filter. The longpass filter typically allows electromagnetic radiation to pass with a wavelength in the wavelength range that is technically relevant for the application in question and is greater than the cutoff wavelength of the longpass filter. The shortpass filter allows electromagnetic radiation to pass with a wavelength in the technically relevant wavelength range for the relevant application that is smaller than the cutoff wavelength of the shortpass filter. The proposed device preferably comprises a monochrome light sensor array without an RGB filter and without an infrared filter as a light sensor array.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht, wie sie zuvor beschrieben wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- • Bereitstellen eines ersten Trägermaterials 9;
- • Beschichten der Oberfläche der Oberseite des ersten Trägermaterials 9 mit einer
Verspiegelung 10; - • Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials, wobei in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen, vorzugsweise Nanokristallen, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung zumindest eine Fluoreszenzstrahlung emittieren;
- • Benetzen der Oberfläche der Verspiegelung 10 mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle aufweist;
- • Bestrahlen der Oberfläche der Verspiegelung 10 und die Schicht des zweiten Flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Es bildet sich eine Schicht 11 mit Kristallen mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht eine Vielzahl von Nanokristallen, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind, und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NV-reichem Diamantstaub in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist
- • Entfernen des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der Oberfläche der Verspiegelung 10 nach optionaler Beschichtung mit einem weiteren Trägermaterial 12 zusammen mit den anderen Komponenten (9, 10, 11, 12) die
Sensorschicht 5 bildet.
- • Providing a
first carrier material 9; - • Coating the surface of the top side of the
first carrier material 9 with amirror coating 10; - • Providing a liquid, second carrier material that can be hardened using electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds, preferably nanodiamonds, or crystals, preferably nanocrystals, are embedded in the second, liquid carrier material, and wherein one or more or all diamonds these diamonds or crystals have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the diamonds or crystals of the second, liquid carrier material and/or the other paramagnetic centers of the diamonds or crystals of the second, liquid carrier material upon irradiation emit at least one fluorescent radiation with pump radiation;
- • Wetting the surface of the
mirror coating 10 with the second, liquid carrier material which has the plurality of embedded diamonds or embedded crystals; - • Irradiating the surface of the
mirror coating 10 and the layer of the second liquid carrier material with electromagnetic radiation, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the second, liquid carrier material hardens and turns into a solid. Alayer 11 is formed with crystals with paramagnetic centers. This layer preferably comprises a large number of nanocrystals, which are preferably oriented completely randomly, uniformly distributed, and whose density is preferably essentially not dependent on the position in the layer. The crystals are preferably diamonds. The paramagnetic centers are preferably NV centers. This diamond material is preferably NV-rich diamond dust in an optically transparent composite material that is essentially transparent for electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp and for electromagnetic radiation with fluorescence radiation wavelength λ fl - • Removing the uncured, liquid, second carrier material, in particular by means of a solvent, the remaining film of the second carrier material on the surface of the
mirror coating 10 after optional coating with afurther carrier material 12 together with the other components (9, 10, 11, 12) thesensor layer 5 forms.
Typischerweise härtet das zweite, flüssige Trägermaterial nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements ermöglicht.Typically, the second, liquid carrier material only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element.
Die elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH weist eine Eindringtiefe in das zweite, flüssige Trägermaterial auf, so dass das zweite Trägermaterial nur bis zu einer gewissen Dicke des Trägermaterials aushärtet und so das optische Funktionselement bildet, was im Rahmen der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erst als überraschendes und vorteilhaftes Vorgehen erkannt wurde.The electromagnetic radiation with the curing wavelength λ H has a penetration depth into the second, liquid carrier material, so that the second carrier material only hardens up to a certain thickness of the carrier material and thus forms the optical functional element, which is part of the development of the technical teaching of this document was only recognized as a surprising and advantageous approach.
Die Strahlung der zur Aushärtung des zweiten flüssigen Trägermaterials verwendeten Strahlung ist bevorzugt UV-Strahlung. Ganz besonders bevorzugt ist eine Strahlung zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λH zwischen 320-380nm.The radiation used to harden the second liquid carrier material is preferably UV radiation. Radiation for curing with a curing wavelength λ H between 320-380nm is particularly preferred.
In bestimmten Anwendungsfällen können dem zweiten, flüssigen Trägermaterial Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial nach dem Aushärten eingelagert sind. Beispielsweise kann es sich um metallische Nanopartikel handeln.In certain applications, nanoparticles with a diameter of less than 200nm and/or less than 100nm and/or less than 50nm and/or less than 20nm and/or less than 10nm and/or less than 5nm can be added to the second, liquid carrier material before providing it, so that they are in the Carrier material is stored after hardening. For example, they can be metallic nanoparticles.
Solche metallischen Nanopartikel wechselwirken mit Diamanten in dem zweiten Trägermaterial der Sensorschicht 9 und können beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung dieser Diamanten DM beeinflussen.Such metallic nanoparticles interact with diamonds in the second carrier material of the
Die optionalen metallischen Nanopartikel können beispielsweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphene und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Mischungen derselben umfassen.The optional metallic nanoparticles can be, for example, gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or Tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and /or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gandolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or Include thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium and/or mixtures thereof.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassten naturgemäß eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems der Elemente. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop weit in der Natur dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Diese Isotope können ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop. Die metallischen Nanopartikel weisen bevorzugt bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf: 12C, 14C, 28Si, 30Si, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 76Ge,112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Zn, 122Zn, 124Zn 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188Os, 190Os, 192Os 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 10gPd, 110Pd 190Pt, 192Pt 194Pt, 196Pt, 198Pt 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy, 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu. „Erhöht“ bedeutet dabei im Sinne dieses Dokuments, dass der Anteil im Isotopenmischverhältnis der vorstehenden Isotope um 50% oder mehr erhöht ist.The metal atoms of the nanoparticles naturally comprised one or more elements from the periodic table of elements. Each of these elements occurs in different isotopes in nature with a respective natural isotope mixing ratio. In nature, each isotope has a natural proportion corresponding to the natural isotope mixing ratio. These isotopes may or may not have a nuclear magnetic moment μ depending on the isotope. For at least one element that the metallic nanoparticles have, the metallic nanoparticles preferably have an increased proportion in the isotope mixing ratio compared to the natural proportion of the isotope mixing ratio for at least one of the following isotopes: 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn , 114 Zn, 116 Zn, 118 Zn, 120 Zn, 122 Zn, 124 Zn 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te, 128 Te, 130 Te, 24 Mg, 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca, 48 Ca, 84 Sr , 86 Sr , 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba, 46 Ti, 48 Ti, 50 Ti, 90 Zr, 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf, 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo, 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W, 184 W, 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os, 188 Os, 190 Os, 192 Os 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 64 Ni, 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd, 106 Pd, 10g Pd, 110 Pd 190 Pt , 192 Pt 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt 64 Zn, 66 Zn, 68 Zn, 70 Zn, 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd , 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm , 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 162 Dy, 164 Dy, 162 Er, 164 Er, 166 Er , 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb, 174 Yb, 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U, 238 U, 244 Pu. For the purposes of this document, “increased” means that the proportion of the above isotopes in the isotope mixing ratio is increased by 50% or more.
Der Wert des Ausgangssignals jedes Sensorpixel, also jeder Lichtsensor des Lichtsensorarrays, gibt dann die Magnetfeldstärke am Ort des auf dem betreffenden Sensorpixel, also dem betreffenden Lichtsensor des Lichtsensorarrays, abgebildeten Diamantmaterial-Volumens wieder. Damit ist die Ortsauflösung nur durch die abbildende Optik und die Auflösung des Lichtsensorarrays, also die Sensorauflösung, begrenzt. Eine solche Vorrichtung kann somit mehrere Megapixel Auflösung realisieren.The value of the output signal of each sensor pixel, i.e. each light sensor of the light sensor array, then reflects the magnetic field strength at the location of the diamond material volume imaged on the relevant sensor pixel, i.e. the relevant light sensor of the light sensor array. The spatial resolution is therefore only limited by the imaging optics and the resolution of the light sensor array, i.e. the sensor resolution. Such a device can therefore achieve several megapixel resolution.
Die Auswerteelektronik kann Schwankungen durch das Anregungslicht oder Inhomogenitäten im Diamantmaterial durch Verwendung von Werten einer zuvor durchgeführten Referenzmessung einer Referenzprobe herausrechnen. Die Anregung, Detektion und die optisch zugängliche Seite des Diamantmaterials befinden sich vorzugsweise in einem optisch geschlossenen Gehäuse, um den Einfluss von externem Licht zu unterdrücken.The evaluation electronics can calculate fluctuations caused by the excitation light or inhomogeneities in the diamond material by using values from a previously carried out reference measurement of a reference sample. The excitation, detection and the optically accessible side of the diamond material are preferably located in an optically closed housing in order to suppress the influence of external light.
Für größere Sensorflächen kann entsprechend der Arbeitsabstand und Fokus der Fluoreszenzkamera angepasst werden. Vorrichtungen, die mehrere Fluoreszenzkameras verwenden, um die Ortsauflösung bei größerer Sensorfläche zu erhöhen, sind denkbar. Die Auswerteelektronik kann dann die Mehrzahl der Bilder dieser Mehrzahl von Fluoreszenzkameras zu einem Bild verrechnen. For larger sensor areas, the working distance and focus of the fluorescence camera can be adjusted accordingly. Devices that use multiple fluorescence cameras to increase the spatial resolution with a larger sensor area are conceivable. The evaluation electronics can then convert the majority of images from this plurality of fluorescence cameras into one image.
Ein Demonstrator hat seine Tauglichkeit zur ortsaufgelösten Messung von Magnetfeldern bei der Erprobung des Vorschlags bereits unter Beweis gestellt.A demonstrator has already proven its suitability for spatially resolved measurement of magnetic fields when testing the proposal.
ZUSAMMENFASSUNG DES VORSCHLAGSSUMMARY OF THE PROPOSAL
Das hier vorgelegte Dokument schlägt einen Sensorkopf 21 mit einer Sensorschicht 5, einer Lichtquelle 2 für Pumpstrahlung 13 und einer Fluoreszenzkamera mit einem Lichtsensorarray 1 aus Lichtsensoren vor. Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt paramagnetische Zentren. Diese paramagnetischen Zentren emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 Fluoreszenzstrahlung 14. Die Intensität der emittierten Fluoreszenzstrahlung 14 hängt dabei von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und der Intensität der magnetischen Flussdichte B am jeweiligen Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorschicht 5 ab. Die Fluoreszenzkamera erfasst ein Fluoreszenzbild der Emissionsintensitätsverteilung für die Fluoreszenzstrahlungsemission der Fluoreszenzstrahlung 14 aus der Sensorschicht 5 und stellt dieses bereit.The document presented here proposes a
Der Sensorkopf 21 kann Hilfsmagnete 19 umfassen.The
Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt Diamanten mit NV-Zentren als paramagnetische Zentren.The
Außerdem schlägt das hier vorgelegte Dokument eine Magnetfeldkamera mit einem solchen Sensorkopf 21 und mit einem Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 vor, wobei das Rechnersystem 28 vorzugsweise dazu eingerichtet ist, aus einem Fluoreszenzbild des Sensorkopfes 21 ein Magnetflussdichtenbetragsbild zu erzeugen und/oder einen eindimensionalen Verlauf der Fluoreszenzintensität oder des Magnetflussdichtenbetrags längs einer Linie durch das Fluoreszenzbild hindurch zu erzeugen.In addition, the document presented here proposes a magnetic field camera with such a
Das Weiteren schlägt das hier vorgelegte Dokument die Verwendung der oben beschriebenen Magnetfeldkamera und/oder des oben beschriebenen Sensorkopfes 21 für die Untersuchung des Magnetfelds magnetisierter Objekte und/oder für die Untersuchung der Struktur magnetisierter Objekte und/oder für die Untersuchung der Stromdichteverteilung in Objekten, die von einem elektrischen Strom durchflossen sind, vor.Furthermore, the document presented here suggests the use of the magnetic field camera described above and/or the
Mit der hier vorgestellten technischen Lehre werden Bildformate für Magnetfeldkameras möglich, die bisher nicht realisierbar waren.The technical teaching presented here makes image formats possible for magnetic field cameras that were previously not possible.
Im Folgenden listet das hier vorgelegte Dokument einige dieser Bildformate auf, die mittels der hier vorgestellten Magnetfeldkamera bei geeigneter Wahl der Kristallgröße der Kristalle und Nanokristalle 66 und einer geeigneten Wahl der Pixelanzahl des Lichtsensorarrays 1 möglich werden.Below, the document presented here lists some of these image formats that are possible using the magnetic field camera presented here with a suitable choice of the crystal size of the crystals and nanocrystals 66 and a suitable choice of the number of pixels of the
Bevorzugt sollte der Erfassungsbereich eines Lichtsensors (Pixels) des Lichtsensorarrays 1 auf der Oberfläche der Schicht 11 größer als das Doppelte des mittleren Durchmessers der Kristalle und/oder Nanokristalle 66 sein. Dann ist in der Regel das Nyquist-Theorem erfüllt. Bevorzugt sollte der Erfassungsbereich eines Lichtsensors (Pixels) des Lichtsensorarrays 1 auf der Oberfläche der Schicht 11 größer als das 5-Fache, besser 10-Fache, besser 20-Fache, besser 50-Fache des mittleren Durchmessers der Kristalle und/oder Nanokristalle 66 sein. Dies ermöglicht eine stochastische Gleichverteilung der Orientierung mehrerer Kristalle und/oder Nanokristalle, deren Fluoreszenzstrahlung von diesem Lichtsensor (Pixel) des Lichtsensorarrays 1 erfasst wird.The detection range of a light sensor (pixel) of the
Magnetfeldkamera mit flächenhafter PumpstrahlungsquelleMagnetic field camera with an area pump radiation source
Das hier vorgelegte Dokument beschreibt unter anderem eine flächenhafte Pumpstrahlungsquelle für die Bestrahlung paramagnetischer Zentren mit Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, wobei die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ein oder mehreren primäre Pumpstrahlungsquellen insbesondere in Form von LEDs 44 umfasst. Die ein oder mehreren primäre Pumpstrahlungsquellen sind bevorzugt dazu eingerichtet, Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp zu emittieren.The document presented here describes, among other things, a flat pump radiation source for the irradiation of paramagnetic centers with
Bevorzugt umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ein erstes optisches Funktionselement, insbesondere eine Glasplatte 46 und/oder einen flächenhaften Lichtwellenleiter und/oder ein optisches System. Das erste optische Funktionselement weist typischerweise eine erste Oberfläche 67 auf. Bevorzugt verteilt das erste optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die von den primären Pumpstrahlungsquellen emittiert wird, flächenhaft.The planar pump radiation source preferably comprises a first optical functional element, in particular a
Typischerweise ist das erste optische Funktionselement somit dazu eingerichtet, dass aus einer ersten Oberfläche des ersten optischen Funktionselements der flächenhafte Pumpstrahlungsquelle diese flächenhaft verteilte Pumpstrahlung 13 flächenhaft austritt.Typically, the first optical functional element is thus set up so that this areally distributed
Diese flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ermöglicht eine Ausleuchtung der Schicht 11 mittels LEDs 44 anstelle von Laser-Dioden als primären Pumpstrahlungsquellen. Dies ist wesentlich kostengünstiger, als die Ausleuchtung mittels Lasern. Wenn in dem hier vorgelegten Dokument von LEDs 44 geschrieben ist, sind damit allerdings Laser als möglich primäre Pumpstrahlungsquellen mitumfasst.This areal pump radiation source enables the
In einer anderen Ausprägung umfassen somit die ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle ein oder mehreren LEDs 44 als primäre Pumpstrahlungsquellen der Pumpstrahlung 13. Dies ermöglicht eine gute und vor allem homogenere Ausleuchtung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.In another embodiment, the one or more primary pump radiation sources of the areal pump radiation source thus comprise one or
In einer anderen Ausprägung umfasst das erste optische Funktionselement eine oder mehrere der folgenden optischen Funktionselemente:
- •
eine Glasplatte 46 und/oder - • einen flächenhaften Lichtwellenleiter und/oder
- • eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern, die einem flächenhaften Lichtwellenleiter funktionsäquivalent sind, und/oder
- • ein mikrooptisches System mit zumindest einem photonischen Kristall, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen, und/oder - • ein mikrooptisches System mit zumindest einem mikrooptischen Spiegel, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen, und/oder - • ein anderes optisches System, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen.
- • a
glass plate 46 and/or - • a flat optical fiber and/or
- • a plurality of optical waveguides that are functionally equivalent to a flat optical waveguide, and/or
- • a micro-optical system with at least one photonic crystal, which is designed to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp , and/or - • a micro-optical system with at least one micro-optical mirror, which is set up to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp , and/or - • another optical system that is set up to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp .
Dieses erste optische Funktionselement ermöglicht somit die flächige Verteilung der Pumpstrahlung 13 zur Bestrahlung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.This first optical functional element thus enables the flat distribution of the
In einer anderen Ausprägung bestrahlt die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle eine flächenhafte Schicht 11 mit flächenhaft verteilten Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft. Dieses erste optische Funktionselement ermöglicht somit die flächige Verteilung der Pumpstrahlung 13 zur Bestrahlung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.In another embodiment, the areal pump radiation source irradiates an
In einer anderen Ausprägung umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle die Schicht 11 und bestrahlt die Schicht 11 über die erste Oberfläche 67. Dabei ist in dieser anderen Ausprägung die Schicht 11 mit der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements, hier der Glasplatte 46, direkt oder indirekt mechanisch verbunden. Bevorzugt bedeckt die Schicht 11 die erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements, hier der Glasplatte 46, ganz oder teilweise.In another embodiment, the areal pump radiation source comprises the
Dies ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion einer flächenhaften Fluoreszenzstrahlungsquelle als Zusammenstellung der Schicht 11 mit der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle, wobei die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle die Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 flächenhaft bestrahlt und daraufhin die paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 flächenhaft Fluoreszenzstrahlung 14 in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Schicht 11 emittieren. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt.This enables a very simple construction of a planar fluorescent radiation source as a combination of the
In einer anderen Ausprägung emittiert die Schicht 11 örtlich unterschiedlich je nach dem Wert des lokalen Betrags der magnetischen Flussdichte in der Schicht 11 eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Auch Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt.In another embodiment, the
In einer anderen Ausprägung umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ein weiteres optisches Funktionselement, das elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl separiert. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt und die keine Pumpstrahlung emittiert, was den Kontrast erhöht.In another embodiment, the areal pump radiation source comprises a further optical functional element that separates electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp from the electromagnetic radiation with fluorescence radiation wavelength λ fl . This results in a flat fluorescence radiation source in which the intensity of the
In einer anderen Ausprägung umfasst das weitere optische Funktionselement eines oder mehrere der folgenden optischen Funktionselemente:
- • eine dichroitisch verspiegelte Schicht 47 und/oder
- • einen optischen Filter (Longpass) 6.
- • a dichroic mirrored
layer 47 and/or - • an optical filter (long pass) 6.
Dies ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion der Separationsvorrichtung für die Separation der elektromagnetischen Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.This enables a very simple construction of the separation device for the separation of the electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp from the electromagnetic radiation with the fluorescence radiation wavelength λ fl .
In einer anderen Ausprägung separiert das weitere optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl zu separieren. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt und die keine Pumpstrahlung emittiert, was den Kontrast erhöht.In another embodiment, the further optical functional element separates the
Herstellverfahren für die flächenhafte PumpstrahlungsquelleManufacturing process for the flat pump radiation source
Das hier vorgelegte Dokument stellt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) vor. Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung von ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen. Dabei emittieren die ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Ein weiterer Schritt umfasst das Bereitstellen eines ersten optischen Funktionselements, beispielsweise einer Glasplatte 46. Typischerweise weist das erste optische Funktionselement eine erste Oberfläche 67 auf. Bevorzugt verteilt das erste optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die die primären Pumpstrahlungsquellen emittieren, flächenhaft. Das erste optische Funktionselement somit dazu eingerichtet ist, dass aus der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements der flächenhafte Pumpstrahlungsquelle diese flächenhaft verteilte Pumpstrahlung 13 flächenhaft austritt. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist typischerweise ein mechanisches Verbinden der primären Pumpstrahlungsquellen mit dem ersten optischen Funktionselement. Hierbei kann beispielsweise ein Schaltungsträger (PCB) 43 die mechanische Verbindung mittels Lötungen und/oder Klebungen herstellen. Die primären Pumpstrahlungsquellen sind vorzugsweise nach dem mechanischen Verbinden dazu eingerichtet, Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bei elektrischer Aktivierung z.B. durch Bestromung zu emittieren und in das erste optische Funktionselement, insbesondere über eine Kante des ersten optischen Funktionselements und/oder eine Seitenfläche des ersten optischen Funktionselements, einzuspeisen. Das erste optische Funktionselement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass die Pumpstrahlung 13 sich innerhalb des ersten optischen Funktionselements flächenhaft in einer Lichtfläche ausbreitet. Das erste optische Funktionselement strahlt vorzugsweise über die erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp senkrecht zur vorbeschriebenen Lichtfläche der Pumpstrahlung 13 innerhalb des ersten optischen Funktionselements Pumpstrahlung (13) mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp ab.The document presented here also presents a method for producing a flat pump radiation source (44, 46). The process begins with the provision of one or more primary pump radiation sources. The one or more primary pump radiation sources emit
In einer anderen Ausprägung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht 5 als einen Schritt das Bereitstellen eines ersten optisches Funktionselement, insbesondere einer Glasplatte (46) und/oder eines flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder eines optischen Systems. Des Weiteren umfasst das Verfahren in dieser Ausprägung bevorzugt das Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials. Dabei sind bevorzugt in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen 66, vorzugsweise Nanokristallen 66, eingebettet. Bevorzugt weisen einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Bevorzugt emittieren die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 bzw. Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 zumindest eine Fluoreszenzstrahlung 14. In dieser Ausprägung umfasst das hier vorgestellte Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) bevorzugt den Schritt des Benetzens und Beschichtens der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46 und/oder des flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder des optischen Systems, mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das vorzugsweise die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 aufweist. Das hier vorgestellte Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) umfasst als weiteren Schritt vorzugsweise das Bestrahlen der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte (46) und/oder des flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder des optischen Systems, und/oder der Schicht des zweiten Flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper, insbesondere in Form der Schicht 11, wandelt. Bevorzugt wird hierzu an den Stellen des ersten optischen Funktionselements - also beispielsweise der Glasplatte 46 - an dem die primären Pumpstrahlungsquellen - also beispielsweise die LEDs 44 - die Pumpstrahlung 13 später einspeisen sollen, Aushärtestrahlung als elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH, eingespeist. Hierdurch wird die Schicht selbstjustierend auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements - also beispielsweise der Glasplatte 46 - ausgehärtet und damit gefertigt.In another embodiment, the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst die Schicht 11 eine Vielzahl von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 sind die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in der Schicht 11 vollkommen zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt orientiert sind, und/oder die Dichte Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in der Schicht 11 ist vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht 11.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfassen die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 Diamanten. Bevorzugt umfassen die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in dieser Ausprägung paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfassen in dieser Ausprägung die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 Diamanten mit NV-zentren umfassen.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 handelt es sich bei der Schicht 11 um ein optisch transparentes Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Entfernens des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46, die Schicht 11 bildet.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt der Beschichtung der Schicht 11 mit einer Verspiegelung 10.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt der Beschichtung der Schicht 11 und/oder der Verspiegelung 10 mit einem weiteren Trägermaterial 12.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Verwendens der Schicht 11 zusammen mit anderen Komponenten (9, 10, 12) als Sensorschicht 5 eines Sensorkopfes 21.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des ganzflächigen oder bereichsweisen Herstellens eines Diffusors oder einer Diffusor Schicht 69 auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements.In another embodiment of the method for producing a
Herstellen der Sensorschicht 5 auf einem Trägermaterial 9Producing the
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 in einem Gehäuse 8 umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht 5 als ersten Schritt das Bereitstellen eines ersten Trägermaterials 9. Ein weiterer Schritt dieses Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 in einem Gehäuse 8 umfasst das Beschichten der Oberfläche der Oberseite des ersten Trägermaterials 9 mit einer Verspiegelung 10. Das Verfahren umfasst auch das Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials. Dabei sind vorzugsweise in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen 66, vorzugsweise Nanokristallen 66, eingebettet. Dabei weisen bevorzugt einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Dabei emittieren die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 zumindest eine Fluoreszenzstrahlung 14. Das Verfahren umfasst vorzugsweise das Benetzen der Oberfläche der Verspiegelung 10 mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 aufweist. Bevorzugt umfasst das Verfahren das Bestrahlen der Oberfläche der Verspiegelung 10 und der Schicht des zweiten flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung. Dabei ist die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, vorzugsweise so gewählt, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Typischerweise bildet sich eine Schicht 11 mit Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht 11 eine Vielzahl von Nanokristallen 66, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind, und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht 11 ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NV-reichem Diamantstaub aus Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst bevorzugt das Entfernen des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der Oberfläche der Verspiegelung 10 nach optionaler Beschichtung mit einem weiteren Trägermaterial 12 zusammen mit den anderen Komponenten (9, 10, 11, 12) die Sensorschicht 5 bildet.In another embodiment of the method for producing a
Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44)Use of a flat pump radiation source (46, 44)
Das hier vorgelegte Dokument beschriebt darüber hinaus ein Verfahren zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44). Schritte des Verfahrens sind das Bereitstellen der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) und das Bereitstellen einer flächenhaften Schicht 11, wobei die flächenhafte Schicht 11 eine Vielzahl von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 umfasst, die paramagnetische Zentren aufweisen. Das Verfahren umfasst bevorzugt das Bestrahlen der flächenhaften Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 einer Pumpstrahlungsquelle (2, 44), wobei die Pumpstrahlung 13 eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp aufweist. Paramagnetische Zentren von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 der flächenhaften Schicht 11 emittieren bei dieser Bestrahlung durch die die Pumpstrahlung 13 der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) flächenhaft Fluoreszenzstrahlung 14. Das Verfahren umfasst des Weiteren bevorzugt das Separieren der Fluoreszenzstrahlung 14 von der Pumpstrahlung 13 mittels eines Separationsmittels (6, 47). Typischerweise können optische Filter (Longpass) 6 und/oder dichroitisch verspiegelte optionale Schichten 47 solche Separationsmittel (6,47) darstellen. Das Verfahren umfasst auch das Erfassen der Fluoreszenzstrahlung 14 mittels eines Erfassungsmittels 15, 1. Typischerweise können die Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Auswerteelektronik 15 der Fluoreszenzkamera solche Erfassungsmittel 15, 1 darstellen.The document presented here also describes a method for using a flat pump radiation source (46, 44). Steps of the method are providing the flat pump radiation source (46, 44) and providing a
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Abbilden der Verteilung der örtlichen Intensität der flächenhaften Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 mittels einer bildgebenden Optik 7 auf ein Lichtsensorarray 1;In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method includes imaging the distribution of the local intensity of the planar emission of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Erfassen von Messwerten von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Aufbereitung dieser Messwerte in einer Auswerteelektronik 15 und vorzugsweise das Bilden eines Fluoreszenzbildes aus solchen Messwerten.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes acquiring measured values from light sensors of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Komprimieren der erfassten Messwerte von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Aufbereitung dieser Messwerte in einer Auswerteelektronik 15 insbesondere zu einem komprimierten Fluoreszenzbild. Beispielsweise kann der Sensorkopf 21 Formate verlustfreier Bildkompressionsverfahren wie GIF, RAW, BMP, PNG erzeugen. Beispielsweise kann der Sensorkopf 21 Formate verlustbehafteter Bildkompressionsverfahren wie JPEG erzeugen.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes compressing the measured values recorded by light sensors of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Übertragen eines Fluoreszenzbildes und/oder eines komprimierten Fluoreszenzbildes an ein übergeordnetes Rechnersystem 28.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes transmitting a fluorescence image and/or a compressed fluorescence image to a higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Dekomprimierung des empfangenen komprimierten Fluoreszenzbildes zu einem übertragenen Fluoreszenzbild im übergeordneten Rechnersystem 28 und/oder die Verwendung des empfangenen Fluoreszenzbildes zu einem übertragenen Fluoreszenzbild im übergeordneten Rechnersystem 28.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes decompressing the received compressed fluorescence image to a transmitted fluorescence image in the higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit von einem oder mehreren übertragenen oder erfassten Fluoreszenzbildern. Vorzugsweise führt ein übergeordnetes Rechnersystem 28 diese Ermittlung aus.In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method comprises determining an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density as a function of one or more transmitted or captured fluorescence images. A higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Darstellung eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder eines einem oder mehrerer übertragener oder erfasster Fluoreszenzbilder und/oder daraus errechneter Bilder auf einem Display 32 oder einem anderen Medium zur Darstellung von Bildern.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method comprises displaying an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or one or more transmitted or captured fluorescence images and/or or images calculated therefrom on a
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Video-Sequenz aus mehreren eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder aus einem oder mehreren übertragenen oder erfassten Fluoreszenzbildern und/oder aus daraus errechneten Bildern. Die Auswerteelektronik 15 und/oder das übergeordnete Rechnersystem 28 können diese Videosequenzerzeugung vornehmen.In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method comprises generating a video sequence from several of an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or from one or more transmitted or captured fluorescence images and/or from images calculated therefrom. The
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Kompression der Video-Sequenz zu einer komprimierten Video-Sequenz. Dabei können die Auswerteelektronik 15 und/oder das übergeordnete Rechnersystem 28 diese Kompression vornehmen. Bevorzugt benutzen diese eines der folgenden Kompressionsverfahren: AVC, HEVC, MPEG. Bevorzugt erstellt die Auswerteelektronik 15 des Sensorkopfes 21 die Video-Sequenz und komprimiert diese mittels eines Kompressionsverfahrens und überträgt die so komprimierte Video-Sequenz dann über den Datenbus 29 an das übergeordnete Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes compressing the video sequence into a compressed video sequence. The
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Darstellung der Video-Sequenz auf einem Display 32 oder einem anderen Medium zur Darstellung von Video-Sequenzen.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes displaying the video sequence on a
SensorkopfSensor head
Das hier vorgestellte Dokument schlägt auch einen Sensorkopf 21 mit einer Sensorschicht 5 und einer Lichtquelle (2, 44) für Pumpstrahlung 13 und einer Fluoreszenzkamera mit einem Lichtsensorarray 1 aus Lichtsensoren vor. Auch hierbei umfasst bevorzugt die Sensorschicht 5 paramagnetische Zentren, die bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 Fluoreszenzstrahlung (14) emittieren. Dabei hängt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und der Intensität der magnetischen Flussdichte am jeweiligen Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums ab. Vorschlagsgemäß erfasst die Fluoreszenzkamera ein Fluoreszenzbild der Emissionsintensitätsverteilung für die Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 aus der Sensorschicht 5 und stellt das Fluoreszenzbild bereit.The document presented here also proposes a
In einer weiteren Ausprägung des Sensorkopfes 21 umfasst der der Sensorkopf Hilfsmagnete 19.In a further embodiment of the
In einer weiteren Ausprägung des Sensorkopfes 21 umfasst die Sensorschicht 5 Diamanten mit NV-Zentren als paramagnetische Zentren.In a further embodiment of the
MagnetfeldkameraMagnetic field camera
Das hier vorgelegte Dokument schlägt eine Magnetfeldkamera mit einem der vorbeschriebenen Sensorköpfe 21 vor. Die Magnetfeldkamera weist dabei ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 auf, wobei das Rechnersystem 28 vorzugsweise aus einem Fluoreszenzbild des Sensorkopfes 21 und/oder aus einem daraus berechneten Bild
- • ein Magnetflussdichtenbetragsbild und/oder
- • ein Bild der eindimensionales und/oder zweidimensionales und/oder dreidimensionales Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder
- • einen Datensatz mit Werten eines eindimensionalen Verlaufs der Fluoreszenzintensität oder des Magnetflussdichtenbetrags längs einer Linie durch das Fluoreszenzbild und/oder das daraus berechneten Bild hindurch
- • a magnetic flux density image and/or
- • an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or
- • a data set with values of a one-dimensional progression of the fluorescence intensity or the magnetic flux density amount along a line through the fluorescence image and/or the image calculated from it
Verwendung einer MagnetfeldkameraUsing a magnetic field camera
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung des Magnetfelds magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras for studying the magnetic field of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Struktur magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to study the structure of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Materialzusammensetzung magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to investigate the material composition of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Stromdichteverteilung in Objekten, die von einem elektrischen Strom durchflossen sind, zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to investigate the current density distribution in objects through which an electric current flows.
Auflösungresolution
Vorzugsweise liefert die Fluoreszenzkamera nach Dekompression ein Bild mit mehr als 19000 Pixeln.After decompression, the fluorescence camera preferably delivers an image with more than 19,000 pixels.
Mögliche Bildformate für die Magnetfeldkamera sind je nach Lichtsensorarray-Format des Lichtsensorarrays 1 beispielsweise (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildaufl%C3%B6sung)
Für die Übertragung der Videosequenzen vom Sensorkopf 21 zu einem übergeordneten Rechnersystem 28 kommen beispielsweise folgende Video-Formate in Frage:
- Einige Videoformate: (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildaufl%C3%B6sung)
- Some video formats: (Source: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildaufl%C3%B6sung)
Bevorzugt überträgt der Sensorkopf 21 die Video-Sequenzen mit einer Bildrate von mehr als 5fps, besser mehr als 10fps, besser mehr als 20fps, besser mehr al 50fps, besser mehr als 100fps an das übergeordnete Rechnersystem 28. (fps=frames per second = Biilder pro Sekunde)The
VorteileAdvantages
Der hier vorgestellte Vorschlag Erfindung ist frei skalierbar und bietet eine deutlich bessere Ortsauflösung als gängige Lösungen.The proposed invention presented here is freely scalable and offers significantly better spatial resolution than common solutions.
Vorteile gegenüber aktueller Technik sind:
- • Die frei wählbare Sensorfläche der Sensorschicht (5 an
der Unterseite 24 des Sensorkopfes 21 ermöglicht auch die Vermessung gekrümmter und flexibler Flächen. - •
Der Sensorkopf 21 bietet eine erhöhte Ortsauflösung bis maximal zur Partikelgröße der Nanodiamanten mit den NV-zentren inder Sensorschicht 5. Dies Größe kann beispielsweise bei ~100nm liegen! - •
Der Sensorkopf 21 bietet eine erhöhte Zeitauflösung aufgrund der hohen möglichen Bildübertrahungsrate. - •
Der Sensorkopf 21 bietet eine erhöhte galvanische Trennung.Die die Sensorschicht 5 ist bevorzugt aus einem dielektrischen, isolierendem Material gefertigt und beeinflusst damit typischerweise nicht das zu messende Magnetfeld. - •
Die Sensorschicht 21 ist typischerweise unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und Einstrahlungen und strahlt selbst keine elektromagnetischen Wellen im Radiobereich oder Mikrowellenbereich ab. Sie ist damit anderen Quantensensoren überlegen.
- • The freely selectable sensor surface of the sensor layer (5 on the
underside 24 of thesensor head 21 also enables the measurement of curved and flexible surfaces. - • The
sensor head 21 offers an increased spatial resolution up to a maximum of the particle size of the nanodiamonds with the NV centers in thesensor layer 5. This size can be, for example, ~100nm! - • The
sensor head 21 offers increased time resolution due to the high possible image transmission rate. - • The
sensor head 21 offers increased galvanic isolation. Thesensor layer 5 is preferably made of a dielectric, insulating material and therefore typically does not influence the magnetic field to be measured. - • The
sensor layer 21 is typically insensitive to electromagnetic interference and radiation and does not itself emit any electromagnetic waves in the radio or microwave range. This makes it superior to other quantum sensors.
Liste der FigurenList of characters
-
1 zeigt die vorschlagemäße Vorrichtung in Form des vorschlagsgemäßen Sensorkopfes 21 aus einer ersten Ansicht.1 shows the proposed device in the form of the proposedsensor head 21 from a first view. -
2 zeigt die Vorrichtung mit aufgesetztem Deckel zum lichtdichten Verschluss des Gehäuses 8.2 shows the device with the cover attached for the light-tight closure of thehousing 8. -
3 entspricht der1 , wobei die beispielhafte Vorrichtung nun aus einem anderen Winkel dargestellt ist.3 equals to1 , with the exemplary device now shown from a different angle. -
4 zeigt die Vorrichtung im Querschnitt.4 shows the device in cross section. -
5 zeigt einen beispielhaften, nicht maßstabsgerechten Querschnitt durch die Sensorschicht 5.5 shows an exemplary, not to scale, cross section through thesensor layer 5. -
6 zeigt eine typische Nutzungssituation, wobei der Sensorkopf 21 vorzugsweise auf der Oberfläche 34 des jeweiligen Messobjekts mit der Unterseite 24 des Gehäuses 8 aufgesetzt ist.6 shows a typical usage situation, wherein thesensor head 21 is preferably placed on thesurface 34 of the respective measurement object with theunderside 24 of thehousing 8. -
7 zeigt das System der4 vereinfacht mit den Ansteuer- und Auswertevorrichtungen als Blockdiagramm.7 shows the system of4 simplified with the control and evaluation devices as a block diagram. -
8 zeigt eine Zeichnung auf Basis eines beispielhaften Fotos eines beispielhaften, bei der Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags erstellten Sensorkopfes 23 mit abgenommenen Deckel.8th shows a drawing based on an exemplary photo of anexemplary sensor head 23 with the cover removed, which was created when the proposal presented here was developed. -
9a zeigt eine Zeichnung auf Basis eines beispielhaften Fotos eines beispielhaften, bei der Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags erstellten Sensorkopfes 23 mit abgenommenen Deckel.9a shows a drawing based on an exemplary photo of anexemplary sensor head 23 with the cover removed, which was created when the proposal presented here was developed. -
9b entspricht im Wesentlichen der9a und zeigt den gleichen Sensorkopf 21 aus einer etwas anderen Perspektive.9b essentially corresponds to that9a and shows thesame sensor head 21 from a slightly different perspective. -
10 zeigt eine Zeichnung des Prototypen mit aufgesetztem Deckel.10 shows a drawing of the prototype with the lid attached. -
11 zeigt das Aufsetzen von vier Permanentmagneten 37 auf einer Glasplatte 38 auf die Unterseite 24 des Sensorkopfes 21.11 shows the placement of four permanent magnets 37 on a glass plate 38 on theunderside 24 of thesensor head 21. -
12 zeigt oben das musterkodierte Magnetflussdichtenbetragsbild 39 der Verteilung der magnetischen Flussdichte von vier Permanentmagneten 37 auf einer Glasplatte 38 in willkürlichen Einheiten und unten den eindimensionalen Verlauf der Fluoreszenzintensität längs einer Linie durch die Gruppierung der Permanentmagneten 37 hindurch.12 above shows the pattern-coded magnetic flux density image 39 of the distribution of the magnetic flux density of four permanent magnets 37 on a glass plate 38 in arbitrary units and below shows the one-dimensional course of the fluorescence intensity along a line through the grouping of permanent magnets 37. -
13 zeigt eine Darstellung für vier magnetisierte Ringe. Die13 zeigt unten links die entsprechende Anordnung als eine Zeichnung basierend auf einem Foto.13 shows a representation for four magnetized rings. The13 bottom left shows the corresponding arrangement as a drawing based on a photo. -
14 entspricht der11 , wobei nun eine magnetisierbare ferromagnetische flächige Figur verwendet wurde.14 equals to11 , whereby a magnetizable ferromagnetic flat figure was now used. -
15 entspricht der12 , wobei nun eine magnetisierbare ferromagnetische flächige Figur verwendet wurde.15 equals to12 , whereby a magnetizable ferromagnetic flat figure was now used. -
16 zeigt eine Darstellung für einen inhomogen magnetisierten Ring.16 shows a representation of an inhomogeneously magnetized ring. -
17 zeigt den Sensorkopf mit angebrachten Hilfsmagneten 19.17 shows the sensor head with attachedauxiliary magnets 19. -
18 zeigt die Detektion und Darstellung von Bohrungen in einem ferromagnetischen Material 17 mit einer Vorrichtung der18 ,6 und7 .18 shows the detection and display of holes in aferromagnetic material 17 with adevice 18 ,6 and7 . -
Die
19 zeigt einen beispielhaften, alternativen Sensorkopf 21 einer bespielhaften, alternativen Magnetfeldkamera.The19 shows an exemplary,alternative sensor head 21 of an exemplary, alternative magnetic field camera. -
20 zeigt schematisch und vereinfacht einen Querschnitt durch den Sensorkopf 21 der19 .20 shows schematically and simplified a cross section through thesensor head 2119 . -
21 entspricht im Wesentlichen der20 und zeigt den gleichen Sensorkopf 21 wie die Vorrichtung der20 und der19 aus einer anderen Perspektive.21 essentially corresponds to that20 and shows thesame sensor head 21 as thedevice 20 and the19 from a different perspective. -
22 entspricht insofern im Wesentlichen den19 bis 21 , als dass die22 nun einen Querschnitt durch den Sensorkopf 21 der19 bis 21 quer zum ersten Kühlkörper 50 zeigt.22 in this respect essentially corresponds to19 to 21 , than that22 now a cross section through thesensor head 2119 to 21 transversely to thefirst heat sink 50 shows. -
23 entspricht insofern im Wesentlichen den19 bis 22 , als dass die23 eine Seitenansicht ohne Schnitt aus einer anderen Perspektive.23 in this respect essentially corresponds to19 to 22 , than that23 a side view without a cut from a different perspective. -
24 entspricht insofern im Wesentlichen den19 bis 23 , als dass die24 eine Seitenansicht mit horizontalem Schnitt aus einer Perspektive von unten mit Blick auf die Sensorschicht 5 auf der Unterseite 24 des Sensorkopfes 21 der19 bis 23 .24 in this respect essentially corresponds to19 to 23 , than that24 a side view with a horizontal section from a perspective from below with a view of thesensor layer 5 on theunderside 24 of thesensor head 2119 to 23 . -
25 entspricht der24 mit dem Unterschied, dass der in der24 dargestellt angeschnittene Teil des Sensorkopfes 21 nun mit der Schnittfläche nach oben statt nach unten dargestellt ist.25 equals to24 with the difference that the one in the24 shown cut part of thesensor head 21 is now shown with the cut surface upwards instead of downwards. -
26 zeigt den ersten Kühlkörper 50 vor dem Einsetzen in das Gehäuse 8.26 shows thefirst heat sink 50 before insertion into thehousing 8. -
27 zeigt einen beispielhaften zweiter Kühlkörper 49 zur Kühlung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44 vor dessen Einbau in einen Sensorkopf entsprechend den19 bis 26 .27 shows an exemplarysecond heat sink 49 for cooling the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44 before its installation in a sensor head in accordance with19 to 26 . -
28 zeigt den unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 eines Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bi 27 mit dem Schaltungsträger (PCB) 43 vor dem Einbau in das Gehäuse 8.28 shows thelower housing part 41 of thehousing 8 of asensor head 21 according to19 bi 27 with the circuit board (PCB) 43 before installation in thehousing 8. -
29 zeigt die Unterseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 eines Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bi 28 mit den Vorwiderständen 59 der LEDs 44.29 shows the underside of the circuit board (PCB) 43 of asensor head 21 according to19 bi 28 with theseries resistors 59 of theLEDs 44. -
30 zeigt die Unterseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 eines Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bi 29 mit den LEDs 44 und dabei die Unterseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 der vorausgehenden29 .30 shows the underside of the circuit board (PCB) 43 of asensor head 21 according to19 bi 29 with theLEDs 44 and the underside of the circuit board (PCB) 43 of theprevious one 29 . -
31 zeigt die Unterseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 des Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bis 30 .31 shows the underside of the circuit board (PCB) 43 of thesensor head 21 according to the19 to 30 . -
32 zeigt die einen Schnitt durch einen Sensorkopf 21 entsprechend den19 bis 31 , wobei32 dabei weitestgehend der22 entspricht und wobei nun jedoch nur die Schnittfläche dargestellt ist und wobei nun der Schnitt durch die LEDs 44 geführt ist.32 shows a section through asensor head 21 corresponding to19 to 31 , where32 largely the22 corresponds and but now only the sectional surface is shown and the section is now guided through theLEDs 44. -
33 zeigt die einen Schnitt durch einen Sensorkopfe 21 entsprechend den19 bis 32 , wobei33 dabei weitestgehend der32 entspricht und wobei nun der Schnitt NICHT durch die LEDs 44 geführt ist.33 shows a section through asensor head 21 corresponding to19 to 32 , where33 largely the32 corresponds and the cut is NOT guided through theLEDs 44. -
34 entspricht dabei weitestgehend der23 , wobei nun der Sensorkopf 21 der34 zusätzlich gegenüber dem Sensorkopf 21 der23 den zweiten Kühlkörper 49 aufweist.34 largely corresponds to this23 , whereby thesensor head 21 is now the34 additionally compared to thesensor head 2123 thesecond heat sink 49. -
35 zeigt die Fluoreszenzkamera eines Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bis 34 in Verbindung mit dem ersten Kühlkörper 50 als Schnittbild.35 shows the fluorescence camera of asensor head 21 according to19 to 34 in connection with thefirst heat sink 50 as a sectional view. -
36 zeigt wie die35 die Fluoreszenzkamera eines Sensorkopfes 21 entsprechend den19 bis 35 in Verbindung mit dem ersten Kühlkörper 50 nun jedoch nicht als Schnittbild.36 shows like that35 the fluorescence camera of asensor head 21 according to19 to 35 in connection with thefirst heat sink 50, however, not as a sectional view. -
37 zeigt das Funktionsprinzip der Sensorschicht 5, wie sie in den Vorrichtungsteilen des Sensorkopfes der19 bis 36 in den20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 und33 Verwendung findet.37 shows the functional principle of thesensor layer 5, as it is in the device parts of thesensor head 19 to 36 in the20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 and33 is used. -
38 zeigt schematisch vereinfacht das Funktionsprinzip der Sensorschicht 5, wie sie in den Vorrichtungsteilen des Sensorkopfes der19 bis 36 in den20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 und33 Verwendung finden kann.38 shows schematically simplified the functional principle of thesensor layer 5, as it is in the device parts of thesensor head 19 to 36 in the20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 and33 can be used. -
39 zeigt das System der7 mit einem Sensorkopf der19 bis 38 .39 shows the system of7 with asensor head 19 to 38 . -
40 entspricht weitestgehend der37 , die das Funktionsprinzip der Sensorschicht 5 zeigt, wie sie in den Vorrichtungsteilen des Sensorkopfes der19 bis 36 in den20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 und33 Verwendung findet. Die40 unterscheidet sich von der37 durch eine Diffusorschicht 69.40 largely corresponds to that37 , which shows the functional principle of thesensor layer 5 as it is in the device parts of thesensor head 19 to 36 in the20 ,21 ,22 ,24 ,25 ,28 ,29 ,30 ,31 ,32 and33 is used. The40 differs from that37 through adiffuser layer 69.
Beschreibung der FigurenDescription of the characters
Die Figuren erläutern den Vorschlag schematisch und vereinfacht. Die Offenlegung der hier vorgelegten Schrift ist nicht auf die Figuren begrenzt und umfasst auch andere Kombinationen.The figures explain the proposal schematically and simplified. The disclosure of the document presented here is not limited to the figures and also includes other combinations.
Figur 1Figure 1
Bevorzugt umfassen die Kristalle 66 der Sensorschicht 5 Nanokristalle 66. Bevorzugt handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren in der Sensorschicht 5 um NV-Zentren in Diamantkristallen. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial der Sensorschicht 5 die Kristalle und/oder Nanokristalle 66. Diese Sensorschicht 5 ist bevorzugt auf einer ebenen Fläche im Innern des Gehäuses 8 der des vorschlagsgemäßen Sensorkopfes 21 aufgebracht. Die Sensorschicht 5 umfasst somit paramagnetische Zentren. Da die Kristalle 66 sehr klein als Nanokristalle 66 ausgeführt sein können, kann die Dicke 25 der Sensorschicht 5 sehr dünn ausgeführt sein und die Sensorschicht 5 sehr dicht mit Kristallen 66 mit paramagnetischen Zentren angefüllt sein. Bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp emittieren die paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl. Eine beispielhafte Größe der Sensorschicht 5 kann beispielsweise 32mm × 22mm betragen. Andere Dimensionen sind möglich. Bei einer Nacharbeit sollten die Personen, die die Nacharbeit durchführen die Dimensionen der Sensorschicht 5 entsprechend der jeweiligen konkret vorgesehenen Anwendung wählen. Ein Lichtsensorarray 1 mit n × m Lichtsensoren und mit einer Auswerteelektronik des Lichtsensorarrays 1 erfasst diese Fluoreszenzstrahlung 14.Die erfolgreiche Erprobung der hier vorgestellten Vorrichtung mit dem hier vorgestellten Sensorkopf 21 umfasste ein Lichtsensorarray 1 mit n × m Lichtsensoren mit n=900 und m= 600. Bevorzugt umfasst die Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1, die Ansteuerung des Lichtsensorarrays 1 und der der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, die Energieversorgung der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, und eine Schnittstellenschaltung 36 zur Weitergabe der Werte der Werte der Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, an ein übergeordnetes System, beispielsweise ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 mit einem Bildschirm 32 über einen Datenbus 29 oder dergleichen. Bevorzugt befindet sich der Strahlengang der Pumpstrahlung 13 und der Fluoreszenzstrahlung 14 innerhalb eines Gehäuses 8. Das hier vorgelegte Dokument nennt die Oberfläche der Sensorschicht 5, die dem Lichtsensorarray 1 zugewandt ist, im Folgenden Oberseite der 23 Sensorschicht 5. Das hier vorgelegte Dokument nennt die gegenüberliegende Oberfläche der Sensorschicht 5, die dem Lichtsensorarray 1 nicht zugewandt ist, im Folgenden Unterseite 22 der Sensorschicht 5.The
Die Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 8.The top 23 of the
Die Unterseite 22 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 8. an dessen Oberfläche. Vorzugsweise bedeckt ein Lichtschutz die Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Dies verhindert, dass Licht in das Gehäuse 8 eindringt und zum Lichtsensorarrays 1 gelangt. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung 13, der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Fluoreszenzstrahlung 14, der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Beispielsweise kann der Lichtschutz ein Lack auf der Unterseite 22 der Sensorschicht 5 oder ein besonders dünner, lichtundurchlässiger Teil der Gehäusewand des Gehäuses 8 sein. Bevorzugt beeinflusst eine solche dünne Gehäusewand des Gehäuses 8 im Bereich der Sensorschicht 5 das magnetische Feld, also beispielsweise die magnetische Flussdichte B nicht.The
Bevorzugt umfasst das Lichtsensorarray 1 n × m Lichtsensoren, die vorzugsweise in einer Fläche angeordnet sind. Hierbei sind n und m positive ganze Zahlen.The
Zur besseren Übersicht ist der Deckel, der den Innenraum des Gehäuses 8 abdeckt in der
Figur 2Figure 2
Figur 3Figure 3
Figur 4Figure 4
Die Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 8.The top 23 of the
Die Unterseite 22 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 8. an dessen Oberfläche. Vorzugsweise bedeckt ein Lichtschutz die Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Dies verhindert, dass Licht in das Gehäuse 8 eindringt und zum Lichtsensorarrays 1 gelangt. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Beispielsweise kann der Lichtschutz ein Lack auf der Unterseite 22 der Sensorschicht 5 oder ein besonders dünner, lichtundurchlässiger Teil 16 der Gehäusewand des Gehäuses 8 sein. Bevorzugt beeinflusst eine solche dünne Gehäusewand 16 des Gehäuses 8 im Bereich der Sensorschicht 5 das magnetische Feld, also beispielsweise die magnetische Flussdichte B, nicht.The
Bevorzugt umfasst das Lichtsensorarray 1 n × m Lichtsensoren, die vorzugsweise in einer Fläche angeordnet sind. Hierbei sind n und m positive ganze Zahlen.The
Figur 5Figure 5
Auf ein Trägermaterial 9 ist eine Verspiegelung 10 aufgebracht. Das Trägermaterial 9 befindet sich in Richtung der Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Die Verspiegelung 10 befindet sich bezogen auf das Trägermaterial 9 in Richtung der Oberseite 23 der Sensorschicht 5. Die Verspiegelung 10 ist bevorzugt undurchlässig für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Verspiegelung 10 reflektiert bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp wieder zurück in den Innenraum des Gehäuses 8. Dies hat den Vorteil, dass die Pumpstrahlung 13 mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp die Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 zweimal durchläuft. Dies verdoppelt die Pumpleistung und damit die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14, die n × m Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erreicht.A
Die Verspiegelung 10 reflektiert bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl wieder zurück in den Innenraum des Gehäuses 8. Dies hat den Vorteil, dass die Fluoreszenzstrahlung 14 mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl, die die paramagnetischen Zentren der Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 in Richtung Unterseite 22 der Sensorschicht 5 emittieren, zurück in Richtung Oberfläche der Oberseite 23 der Sensorschicht 5 reflektieren. Dies verdoppelt nochmals die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14, die n × m Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erreicht.The
Auf der Verspiegelung 10 in Richtung Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorschlagsgemäß die Schicht mit Kristallen und/oder mit Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11.According to the proposal, the layer with crystals and/or
Eine weitere Trägermaterialschicht 12 deckt vorzugsweise die die Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 ab. Vorzugsweise ist das Material der Trägermaterialschicht 12 transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Vorzugsweise ist das Material der Trägermaterialschicht 12 transparent für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.A further
Die Sensorschicht 5 kann optische Funktionselemente wie Lichtwellenleiter und/oder Filter und/oder photonische Kristalle und/oder digitale Optiken umfassen. Die digitalen Optiken können in die Oberfläche der Sensorschicht 5 eingeprägt oder sonst wie eingearbeitet sein.The
Die Sensorschicht 5 kann optische Funktionselemente wie Lichtwellenleiter und/oder Filter umfassen.The
Figur 6Figure 6
Die Fehler 18 führen zu einer Veränderung der Verteilung und Stärke des magnetischen Flusses B, der aus dem Material des Messobjekts in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17 in den Luftraum um diese Objekte herum austritt. Damit verändert sich die Verteilung und Richtung der magnetischen Flussdichte B bei der Durchdringung der Sensorschicht 5. Dies wiederum verändert die Intensitätsverteilung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 in der Sensorschicht 5. Damit ändert sich das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5, das die Fluoreszenzkamera mittels der abbildenden Optik 7 und den n × m Lichtsensoren des Lichtsensorarray 1 aufnimmt. Das Lichtsensorarray 1 erfasst das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 und übermittelt dieses Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 an ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21. Bevorzugt führt das ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ein Bildverarbeitungsprogramm aus. Vorzugsweise ermittelt das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 eine Abweichung zwischen dem Fluoreszenzbild des fehlerhaften Messobjekts und dem Fluoreszenzbild eines fehlerfreien Messobjekts oder einem berechneten oder sonst wie erzeugten Referenzfluoreszenzbild. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ein KI-Programm zur Klassifizierung der Abweichungen und/oder der Fehler und/oder zur Bewertung der Abweichungen und/oder der Fehler ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ein neuronales Netzwerkmodell zur Klassifizierung der Abweichungen und/oder der Fehler und/oder zur Bewertung der Abweichungen und/oder der Fehler ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ein KI-Programm zur Klassifizierung und/oder Bewertung eines oder mehrerer Fluoreszenzbilder ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ein neuronales Netzwerkmodell zur Klassifizierung und/oder zur Bewertung eines oder mehrerer Fluoreszenzbilder ausführen.The
Um ein vollständiges Bild des Zustands der Oberfläche 34 des Materials des Messobjekts, hier in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17, zu erhalten bewegt die messende Person und/oder eine mechanische Positioniervorrichtung den Messkopf 21 vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit 20 über die Oberfläche 34 des Materials des Messobjekts, hier in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17.In order to obtain a complete picture of the condition of the
Vorzugsweise sind die Hilfsmagneten 19 dabei fest mit dem Sensorkopf 21 verbunden und/oder ein Teil desselben. die Hilfsmagnete 19 erzeugen die notwendige magnetische Erregung H des magnetischen Kreises, dessen Teil die Sensorschicht 5 vorzugsweise ist.The
Die Hilfsmagnete 19 umfassen bevorzugt Permanentmagnete. Die Hilfsmagnete 19 können Elektromagnete sein oder umfassen. sofern die Hilfsmagnete 19 Elektromagnete umfassen kann können die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 und/oder eine andere Steuervorrichtung und/oder ein anderes Rechnersystem mittels einer Ansteuervorrichtung für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 beispielsweise die Amplitude der magnetischen Erregung H der Hilfsmagnete 19 mit einem Code und/oder einer Frequenz modulieren. The
Bei dem Code kann es sich beispielsweise um einen Spreiz-Kode handeln. Beispielsweise kann ein Pseudozufallszahlengenerator PRNG der Ansteuervorrichtung 39 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 den Spreizkode in Form eines Spreizkodesignals erzeugen. Bevorzugt weist das Spreizkodesignal die Taktfrequenz des Pseudozufallszahlengenerator PRNG auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Pseudozufallszahlengenerator PRNG um ein mit einem einfach primitiven Polynom rückgekoppeltes Schieberegister handeln. Typischerweise modulieren die Hilfsmagnete die von ihnen erzeugte magnetische Feldstärke H dann zumindest zu einem Teil mit der jeweiligen Amplitude des Spreizkodesignals der Ansteuervorrichtung 39 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19. Der Einfachheit halber sprechen wir auch bei einem monofrequenten Spreizkode in Form einer einzigen Modulationsfrequenz von einem Spreizkodesignal. Bevorzugt weist das Spreizkodesignal eine untere Grenzfrequenz ωu und eine obere Grenzfrequenz ωo auf. Bevorzugt hat das Spreizcodesignal unterhalb der unteren Grenzfrequenz ωu im Wesentlichen eine Amplitude von 0. Bevorzugt hat das Spreizcodesignal oberhalb der oberen Grenzfrequenz ωo im Wesentlichen eine Amplitude von 0.The code can be, for example, a spreading code. For example, a pseudo-random number generator PRNG of the control device 39 for the electromagnets of the
Bevorzugt weist das Trägersignal des Spreizkodesignals eine Trägerfrequenz auf, die typischerweise gleich der Frequenz der Schiebefrequenz des typischerweise linear rückgekoppelten Schieberegisters des Pseudozufallszahlengenerators PRNG ist. Im Falle eines monofrequenten Spreizkodes entspricht die Trägerfrequenz dieser Frequenz des Spreizkodes. Vorzugsweise ist die Trägerfrequenz gleich der Frame-Rate (Bildwiederholrate) mit der die Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 erfassen. Bei dem Sensorkopf 21 der hier dargestellten Beispiele lag diese Frame-Rate bei bis zu 160 Frames pro Sekunde. Die Framerate der Magnetfeldkamera ist dabei im Sinne des hier vorgelegten Dokuments die Rate der erzeugten und übertragenen Fluoreszenzbilder der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 pro Sekunde. Bevorzugt schwankt das Spreizkodesignal beispielsweise zwischen den Werten 0 und 1.The carrier signal of the spreading code signal preferably has a carrier frequency which is typically equal to the frequency of the shift frequency of the typically linearly feedback shift register of the pseudo-random number generator PRNG. In the case of a monofrequency spreading code, the carrier frequency corresponds to this frequency of the spreading code. The carrier frequency is preferably equal to the frame rate (image repetition rate) with which the light sensors of the
Da dann die magnetische Feldstärke H mit dem Spreizcodesignalmoduliert ist, ist dann auch die magnetische Flussdichte B, die die Sensorschicht 5 durchdringt, mit dem Spreizcodesignal moduliert. Daher ist auch die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 mit dem Spreizcodesignal moduliert. Bevorzugt erfassen die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 mehrere Fluoreszenzbilder der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera und multiplizieren die Amplituden der Pixelwerte der Messwerte der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 mit dem Inversen des Werts des Spreizkodesignals bzw. mit dem Inversen des Werts der Summe aus dem Wert des Spreizkodesignals plus einem Offset. Eine Division durch 0 ist ja nicht möglich.Since the magnetic field strength H is then modulated with the spreading code signal, the magnetic flux density B, which penetrates the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 mehrere Frames, also Fluoreszenzbilder, der Fluoreszenzkamera, als der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, in einer Auswertebildsequenz aus.Preferably, the
Zu Beginn der Auswertesequenz initialisieren die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 je Lichtsensor des Lichtsensorarrays 1 von eine jeweilige Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 auf einen vorgebbaren Initialwert. Typischerweise ist dieser Initialwert 0.At the beginning of the evaluation sequence, the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 Pixelwerte eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 in Zeiten zu denen das Spreizkodesignal beispielsweise den Werten 0 annimmt negativ und ziehen den jeweiligen Pixelwert eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 daher in dem Fall von einer Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 ab.Preferably, the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 Pixelwerte eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 in Zeiten zu denen das Spreizkodesignal beispielsweise den Werten 1 annimmt positiv und addieren den jeweiligen Pixelwert eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 daher in dem Fall daher zu einer Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 hinzu.Preferably, the
Nachdem die Auswertesequenz beendet ist und die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 die geplanten, mehreren Frames, also Fluoreszenzbilder, der Fluoreszenzkamera, also der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, in der Auswertebildsequenz ausgewertet haben, erzeugen die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 aus den resultierenden jeweiligen Pixelsummen für die jeweiligen Summenwerte der jeweiligen Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 ein verbessertes Fluoreszenzbild.After the evaluation sequence has ended and the
Diese Vorgehensweise eliminiert ein Hintergrundrauschen und erhöht die Empfindlichkeit.This approach eliminates background noise and increases sensitivity.
Figur 7Figure 7
Die Lichtquelle 2 emittiert Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche. Ein optischer Shortpass-Filter 4 lässt bevorzugt nur die Pumpstrahlung 13 passieren und hält bevorzugt die elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche zurück. Sofern die Lichtquelle 2 keine unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche emittiert, ist dieses optische Shortpass-Filter 4 nicht notwendig. Eine Beleuchtungsoptik 3 sorgt dafür, dass die Pumpstrahlung 13 die Sensorschicht 5 möglichst homogen ausleuchtet. Die Beleuchtungsoptik 3 kann ein oder mehrere optische Funktionselemente umfassen. Die Sensorschicht 5 ist vorzugsweise auf einem mechanischen Träger, beispielsweise einer ebenen Fläche 16, aufgebracht. Vorzugsweise ist die ebene Fläche 16 Teil der Gehäusewand des hier nicht gezeichneten Gehäuses 8. Das Material dieser ebenen Fläche 16 bzw. der Gehäusewand des Gehäuses 8 in diesem Bereich ist bevorzugt nicht magnetisch und beeinflusst bevorzugt das magnetische Feld im Wesentlichen nicht. Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugte eine Vielzahl zufällig und vorzugsweise gleichverteilt orientierte Kristalle und/oder Nanokristalle 66 mit paramagnetischen Zentren. Bei den paramagnetischen Zentren kann es sich bei der Verwendung von Diamant als Kristallmaterial beispielsweise um NV-Zentren und/oder SiV-Zentren und/oder TiV-Zentren und/oder GeV-Zentren und/oder SnV-Zentren und/oder NiN4-Zentren und/oder PbV-Zentren und/oder ST1-Zentren handeln. Die Pumpstrahlung 13 besitzt bei der Verwendung von NV-Zentren in Dimant als Kristalle und/oder Nanokristalle 66 der Sensorschicht 5 bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle der Verwendung von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten der Sensorschicht 5 ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Lichtquelle 2 mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. The
Bei der Verwendung von NV-Zentren in Diamantkristallen in der Sensorschicht 5 als paramagnetische Zentren der Sensorschicht 5 emittieren die NV-Zentren der Sensorschicht 5 typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren. Eine abbildende Optik 7 erfasst bevorzugt das Fluoreszenzbild der ortsabhängigen Fluoreszenzintensität der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl, das die Sensorschicht 5 mittels der paramagnetischen Zentren in der Sensorschicht 5 erzeugt. Ein optisches Longpass-Filter 6 lässt bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl und damit die Fluoreszenzstrahlung 14 passieren. Das optische Longpass-Filter 6 blockier bevorzugt die Passage elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und damit die Passage der Pumpstrahlung 13. Hierdurch kann die abbildende Optik 7 das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzwellenlänge λfl erfassen und auf die n × m Lichtsensoren des n × m Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera abbilden. Da die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der Sensorschicht 5 lokal in der Sensorschicht 5 von der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorschicht 5 abhängt, entspricht das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 einem Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes, das die Sensorschicht 5 durchflutet. Da in der Regel die Dichteverteilung der paramagnetischen Zentren in der Sensorschicht 5 und/oder die Ausleuchtung der Sensorschicht 5 mit Pumpstrahlung 13 und/oder die Erfassung der Fluoreszenzintensität der Fluoreszenzstrahlung 14 über die Fläche der Sensorschicht 5 bei allem Bemühen nicht ganz homogen sind, hat es sich bewährt, durch Kalibrationsmessungen das System vor dem ersten Gebrauch zu kalibrieren. Zur Verarbeitung der Messwerte der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erfassen Auswertelektroniken 15 des Lichtsensorarrays 1 die Messwerte des Signale der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und bilden daraus insbesondere durch Verstärkung und/oder Filterung die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 steuert bevorzugt mittels einer Ansteuervorrichtung 35 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 die Hilfsmagnete 19, wenn diese nicht nur Permanentmagnete umfassen. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erzeugt aus den die Ausgangssignalen 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 ein Fluoreszenzbild und/oder beispielsweise ggf. auch ein verbessertes Fluoreszenzbild, wie oben beschrieben. Aufgrund der zuvor dargestellten Zusammenhänge stellen das Fluoreszenzbild und/oder beispielsweise ggf. auch das verbesserte Fluoreszenzbild ein Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 bzw. ein verbessertes Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 dar. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 überträgt dieses Fluoreszenzbild bzw. das verbesserte Fluoreszenzbild vorzugsweise mittels der Schnittstellenschaltung 36 über einen Datenbus 29 an ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21. Bevorzugt erzeugt das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 aus diesem Fluoreszenzbild bzw. aus dem verbesserten Fluoreszenzbild eine ein- oder zwei- oder dreidimensionale Darstellung der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Sensorschicht 5 und stellt diese auf dem Bildschirm 32 dar. Der Datenbus 29 dient dabei der Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21. Das Messobjekt, hier beispielhaft ein ferromagnetisches Material 17 mit Fehlern 18 erzeugt die Variationen der magnetischen Flussdichte B in der Sensorschicht 5, die zu den besagten Magnetflussdichtenbetragsbildern des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 bzw. den verbesserten Magnetflussdichtenbetragsbildern des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 führen.When using NV centers in diamond crystals in the
Figur 8Figure 8
Figur 9aFigure 9a
Figur 9bFigure 9b
Figur 10Figure 10
Figuren 11 und 12Figures 11 and 12
Bei diesen beiden Bildern handelt es sich um Zeichnungen basierend auf Screen-Shots der Darstellung auf dem Bildschirm 32.These two images are drawings based on screenshots of the display on
Figur 13Figure 13
Figuren 14 und 15Figures 14 and 15
Die
Bei diesen beiden Bildern handelt es sich um Zeichnungen basierend auf Screen-Shots der Darstellung auf dem Bildschirm 32.These two images are drawings based on screenshots of the display on
Figur 16Figure 16
Figur 17Figure 17
Figur 18Figure 18
Bei einem der beiden Bilder handelt es sich um eine Zeichnung basierend auf einem Screen-Shot der Darstellung auf dem Bildschirm 32. Das andere Bild ist eine Zeichnung basierend auf einem Foto der Messituation.One of the two images is a drawing based on a screenshot of the representation on the
Figur 19Figure 19
Die
Ein Datenbusleitung eines Datenbusses 29 dient der Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21. (siehe auch
Ein zweiter Kühlkörper 49 dient der Kühlung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44. Der zweite Kühlkörper 49 umfasst bevorzugt Kupfer oder ein anderes thermisch gut leitendes Material, das bevorzugt die magnetische Flussdichte, die die Schicht 11 der Sensorschicht 5 durchflutet, nicht oder schlechter im Wesentlichen nicht oder schlechter nur wenig beeinflusst, als Kühlkörpermaterial des zweiten Kühlkörpers 49. Die Ausarbeitung des Vorschlags ergab, dass es vorteilhaft ist, die Temperatur des Lichtsensorarrays 1 und/oder der Sensorschicht 5 niedrig zu halten, um den Signal-zu-Rausch-Abstand möglichst groß zu halten. Die LEDs 44 erzeugen trotz relativ gutem Wirkungsgrad im Betrieb eine größere Menge Abwärme, die der zweite Kühlkörper 49 zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses aus dem Gehäuse 8 abführt.A
Aus dem gleichen Grund weist der hier beispielhaft vorgeschlagene Sensorkopf 21 einen ersten Kühlkörper 50 zur Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 und/oder des Lichtsensorarrays 1 auf. Der erste Kühlkörper 50 verbessert hierdurch das Signal-zu-Rauschverhältnis des Video-Signals der Lichtsensorarrays 1 in der Fluoreszenzkamera des Sensorkopfes 21.For the same reason, the
Figur 20Figure 20
Das Gehäuse 8 des Sensorkopfes 21 umfasst beispielhaft wieder, wie in der
Der untere Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 umfasst beispielhaft einen Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45.The
Auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 sind hier beispielhaft LED-Vorwiderstände 59 montiert, beispielsweise aufgelötet oder aufgeklebt. Diese LED-Vorwiderstände 59 sind typischerweise LED-Vorwiderstände 59 der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 für die Strombegrenzung des Diodenstroms der LEDs 44 im Betrieb. Vorzugsweise deckt eine dünne Materialschicht des unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 die Sensorschicht 5 ab. und schützt diese. Zur besseren Übersicht ist diese möglichst dünne Materialschicht des unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 in der
Ein auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 montierter Kodierstecker 62 mit Jumper kann beispielsweise der Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 dienen. Beispielsweise ist es denkbar, dass es möglich ist, den elektrischen LED-Strom durch die LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 mittels eines solchen Kodiersteckers 62 durch Positionieren des Jumpers einzustellen. Dabei sieht der Kodierstecker 62 typischerweise mehrere verschiendene mögliche Positionen des Jumpers auf dem Kodierstecker 62 vor, von denen jede dieser Positionen bevorzugt eine ganz bestimmte Bestromung der LEDs 44 mit einem elektrischen Strom mit einem ganz bestimmten Stromwert entspricht.A
In dem Beispiel der
Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, eine Glasplatte 46The
Die Glasplatte dient hier in dem Beispiel der
Der erste Kühlkörper 50 dient der Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 und/oder des Lichtsensorarrays 1. Der erste Kühlkörper 50 umfasst bevorzugt Kupfer und/oder ein anderes thermisch gut leitenden, bevorzugt im Wesentlichen nicht magnetisches Material als Kühlkörpermaterial des ersten Kühlkörpers 50. Bevorzugt ist der erste Kühlkörper 50 in einem möglichst guten thermischen Kontakt mit dem Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera mit dem Lichtsensorarray 1 mit dessen Auswertelektronik 15 und der abbildenden Optik 7.The
Beispielsweise kann Wärmeleitpaste 53 und/oder ein Wärmeleitkleber 53 Kühlrippen 51 mit dem ersten Kühlkörper 50 thermisch und/oder mechanisch verbinden. Hierdurch kann der Kühlkörper 50 die Wärme der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera an die Umgebungsluft abgegeben und die Temperatur des Lichtsensorarrays 1 senken. Dies verbessert das Signal-zu-Rausch-verhältnis des Datensignals des Lichtsensorarrays 1 über die Datenleitung 29.For example,
Die Fluoreszenzkamera weist in dem Beispiel der
Typischerweise ist die lokale Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen in der Schicht 11 von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und dem Betrag der magnetischen Flussdichte B an diesen Positionen abhängig.Typically, the local intensity of the
Es ergibt sich somit ein Intensitätsmuster der Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen in der Schicht 11, das die flächenhaften Unterschiede der Beträge der Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen des Schicht 11 wiedergibt.This results in an intensity pattern of the emission of the
Die abbildende Optik 7 erfasst dieses Intensitätsmuster der Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 und bildet dieses Intensitätsmuster auf das Lichtsensorarray 1 ab.The
Das Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera verbindet das Lichtsensorarray 1 in dem Beispiel der
Der Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ist in dem Beispiel der
Die Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44 ist in dem Beispiel der
Figur 21Figure 21
Figur 22Figure 22
Figur 23Figure 23
Der Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 ist in dem Beispiel der
Figur 24Figure 24
Der oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8 und die Energiezuleitung 55 sind angeschnitten und daher nur teilweise dargestellt, ohne dass die Schnittflächen in der
Figur 25Figure 25
Figur 26Figure 26
Figur 27Figure 27
Figur 28Figure 28
Mittels eines Jumpers am beispielhaften Kodierstecker 62 kann beispielhaft die Intensität der Pumpstrahlung 13 der LEDs 44 beispielsweise durch Selektion von Spannungsteilerausgangswerten oder dergleichen eingestellt werden.Using a jumper on the
Ein Anschlussstecker 56 für die Energiezuleitung 55 dient der Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44. Typischerweise befinden sich auf der Oberseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 weitere elektronische Bauteile 60 beispielsweise für die Energieversorgung der LEDs 44. Beispielsweise kann sich ein Spannungsregler 61 als ein solches weiters Bauteil 60 auf der Oberseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 befinden.A
In dem Beispiel der
Figur 29Figure 29
Figur 30Figure 30
Leider ist die Intensitätsverteilung der Intensität der an einem Punkt der Oberfläche der Glasplatte 46 aus dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 austretenden Pumpstrahlung 13 vom inversen quadratischen Abstand dieses Punkts der Oberfläche der Glasplatte 46 von der betreffenden LED 44 abhängig. Diese Abstandsabhängigkeit kann durch eine Diffuser-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 auf dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 ausgeglichen werden. Bevorzugt ist somit die Glasplatte 46 auf der Oberfläche, die vom Lichtsensorarray 1 abgewandt ist, mit einer Diffusor-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 versehen, die eine homogene Beleuchtung der Schicht 11 und damit der in der Schicht 11 enthaltenen paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 durch die LEDs 44 sicherstellt.Unfortunately, the intensity distribution of the intensity of the
Bei diesem System aus einer Glasplatte 46, den LEDs 44, die von den Kanten der Glasplatte 46 Pumpstrahlung 13 in das Material der Glasplatte 46 einstrahlen, der Diffusor-Schicht 69 und der Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren handelt es sich letztlich um ein flaches Flächenbeleuchtungssystem, mit: a) einer flächigen Pumpstrahlungsquelle (44, 46) für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die ein Substrat und mindestens einen auf dem Substrat (Glaswafer 46) ausgebildeten, im Wesentlichen nicht gepixelten, Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich aufweist, der Pumpstrahlung 13 von mindestens einer Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle aus in jede Richtung ausstrahlt (Nach unten zeigende Oberfläche der Glasplatte 46); und b) einer Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht - beispielsweise der Glasplatte 46 -, die auf der mindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite(Kante der Glasplatte 46) über dem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich einer punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (beispielhafte LEDs 44) angeordnet ist, worin die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht - insbesondere die Glasplatte 46 - vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 (Lichtausbreitungsebene der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46) ausstrahlenden Seite der flächigen oder punktförmigen Pumpstrahlungsquelle (46, 44) verläuft.This system consisting of a glass plate 46, the LEDs 44, which radiate pump radiation 13 from the edges of the glass plate 46 into the material of the glass plate 46, the diffuser layer 69 and the layer 11 with the paramagnetic centers, is ultimately a flat area lighting system , with: a) a flat pump radiation source (44, 46) for pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp , which has a substrate and at least one region formed on the substrate (glass wafer 46), which is essentially not pixelated and emits pump radiation 13, the pump radiation 13 of min at least one side of the flat pump radiation source emitting pump radiation 13 in every direction (downward-facing surface of the glass plate 46); and b) an optical layer directing pump radiation 13 - for example the glass plate 46 - which is arranged on the side (edge of the glass plate 46) emitting at least one pump radiation 13 above the area of a point-shaped or flat pump radiation source (exemplary LEDs 44) emitting pump radiation 13 , in which the optical layer that directs pump radiation 13 - in particular the glass plate 46 - preferably deflects pump radiation 13 from a direction that is perpendicular to the surface of the pump radiation 13 (light propagation plane of the pump radiation 13 in the glass plate 46) emitting side of the flat or point-shaped pump radiation source (46, 44) runs.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine strukturierte erste Oberfläche(Unterseite der Glasplatte 46) auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) benachbart angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a structured first surface (underside of the glass plate 46), which is arranged adjacent to the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) rechtwinklig gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged at right angles opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) dreieckige Prismen oder eine auf die erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) aufgebrachte Diffusor-Schicht 69 beispielsweise als Diffusor auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured first surface of the optical layer (glass plate 46) directing the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche beispielsweise zylindrische Linsen oder andere optische und/oder mikrooptische Funktionselemente auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured surface has, for example, cylindrical lenses or other optical and/or micro-optical functional elements.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche eine Vielzahl keilförmiger Strukturen auf, die eine lange Achse aufweisen, wobei die Achsen der keilförmigen Strukturen bevorzugt dann in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind.In one embodiment of the flat area lighting system, the structured surface has a plurality of wedge-shaped structures that have a long axis, the axes of the wedge-shaped structures then preferably being aligned in a common direction.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst eine flächige Pumpstrahlungsquelle OLEDs oder VCSELs als LEDs 44.In one embodiment of the flat area lighting system, a flat pump radiation source comprises OLEDs or VCSELs as
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist, wobei bevorzugt die flächigen Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) OLEDs oder VCSELs als LEDs 44 umfassen.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das flächige Flächenbeleuchtungssystem in einer Diffusor-Schicht 69 einen Diffusor, der zwischen der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht und der flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the flat surface lighting system comprises a diffuser in a
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das Flächenbeleuchtungssystem eine zweite, Pumpstrahlung 13 lenkende, optischen Schicht, die über der Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht und parallel zur Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht angeordnet ist.In one embodiment of the flat area lighting system, the area lighting system comprises a second optical layer directing
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems ist beispielsweise die Pumpstrahlung 13 lenkende optische Schicht in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt und Pumpstrahlung 13 lenkende Strukturen sind in einem Bereich in einem Winkel ausgerichtet, der sich von dem Winkel Licht lenkender Strukturen in einem zweiten Bereich unterscheidet.In one embodiment of the flat surface lighting system, for example, the optical layer directing
Bevorzugt befindet sich die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren auf der Oberfläche des flachen Flächenbeleuchtungssystems, also beispielsweise auf der Oberfläche einer Diffusor-Schicht 69 eines Diffusors, der sich bevorzugt wieder auf einer Oberfläche der besagten Glasplatte 46 befindet.The
Das flache Flächenbeleuchtungssystem umfasst somit bevorzugt
- • Pumpstrahlungsquellen, hier beispielhaft in
Form der LEDs 44, - •
eine Pumpstrahlung 13 transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, - • wobei die
Pumpstrahlungsquellen eine Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in eine diese Pumpstrahlung transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, diePumpstrahlung 13 von der Seite über eine Kante derGlasplatte 46 einspeisen, - • eine Diffusor-
Schicht 69, die eine weitere,eine Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht ist, - • wobei die Diffusor-
Schicht 69 auf dermindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite überdem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist, worin diePumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (insbesondere der LEDs 44) verläuft
- • Pump radiation sources, here for example in the form of
LEDs 44, - • a layer transporting
pump radiation 13, here theglass plate 46, - • where the pump radiation sources feed a
pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp into a layer transporting this pump radiation, here theglass plate 46, thepump radiation 13 from the side over an edge of theglass plate 46, - • a
diffuser layer 69, which is a further optical layer that directs apump radiation 13, - • wherein the
diffuser layer 69 is arranged on the side emitting at least onepump radiation 13 above the region of the flat pump radiation source emittingpump radiation 13, wherein the optical layer directingpump radiation 13 preferably deflects pumpradiation 13 away from a direction which is preferably substantially perpendicular to the surface of thePump radiation 13 emitting side of the point-shaped or flat pump radiation source (in particular the LEDs 44).
Die Diffusor-Schicht 69 lenkt somit bevorzugt die Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 auf die auf der Diffusor-Schicht 69 bevorzugt befindliche Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren, die daraufhin Fluoreszenzstrahlung 14 emittieren. Die Diffusor-Schicht 69 kann auch durch eine Mattierung und/oder Strukturierung der ersten Oberfläche 67 der Glasplatte 46 erreicht werden. Auch die zweite Oberfläche 68 der Glasplatte 46 kann eine Diffusor-Schicht 69 aufweisen. Beispielsweise kann durch eine unterschiedliche Rauigkeit der Oberfläche der Glasplatte 46 erreicht werden, das ein örtlich unterschiedlicher Anteil der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 aus der Glasplatte 46 aus- und in die Schicht 11 eingekoppelt wird. Beispielsweise kann die Oberfläche der Glasplatte so strukturiert werden, dass in größerer Entfernung von den Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) ein größerer Anteil der Pumpstrahlung 13 aus der Glasplatte 46 heraus in die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren eingekoppelt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einem homogenen externen Magnetfeld mit einer homogenen magnetischen Flussdichte die Intensität der erzeugten Fluoreszenzstrahlung 14 an Punkten der Oberfläche der Schicht 11 im Wesentlichen nicht mehr von der Entfernung zu den Pumpstrahlungsquellen, hier den LEDs 44, abhängt.
die so konstruierte flächige Pumpstrahlungsquelle aus LEDs 44 und Glasplatte 46 und optionaler Diffusor-Schicht 69 bzw. Diffusor-Oberflächenstruktur der Glasplatte 46 bestrahlt dann die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle 66, besonders bevorzugt Mikro- oder Nanokristalle 66, mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren in Diamantkristallen sind. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 aus. Die Glasplatte 46 hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12.The
The flat pump radiation source constructed in this way consisting of
Figur 31Figure 31
Figur 32Figure 32
In der
Die LEDs 44 strahlen bei Betrieb in horizontaler Richtung Pumpstrahlung 13 in die Glasplatte 46 ein. Die Glasplatte 46 dient dabei als Wellenleiter für die Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungsquellen, also beispielsweise der LEDs 44, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Glasplatte 46 verteilt die Pumpstrahlung 13 der LEDs 44 flächenhaft. Ein Teil der so in der Glasplatte 46 transportierten Pumpstrahlung 13 tritt in der vertikalen Richtung nach oben und unten aus der Glasplatte 46 aus.When operating in the horizontal direction, the
Die Pumpstrahlung 13 der LEDs 44, die aus der Glasplatte 46 nach unten austritt, trifft auf die Sensorschicht 5, hier die Schicht 11 mit den Kristallen und/oder mit den Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 emittieren infolge der Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp Fluoreszenzstrahlung 14 der Fluoreszenzwellenlänge λfl. Typischerweise ist bei NV-Zentren die Pumpstrahlung 13 grün und die Fluoreszenzstrahlung 14 rot.The
Eine reflektierende Schicht 10 reflektiert vorzugsweise die Pumpstrahlung 13, die von der Schicht 11 transmittiert und nicht reflektiert und nicht absorbiert wird, zurück in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dabei passiert die reflektierte Pumpstrahlung 13 die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren ein zweites Mal und ruft dort ein zweites Mals die Emission von Fluoreszenzstrahlung 14 hervor. Dies hebt den Signalkontrast der lokal magnetfeldabhängigen Intensität der lokalen Fluoreszenzstrahlung 14 weiter an.A
Die reflektierende Schicht 10 reflektiert vorzugsweise auch den Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14, die von der Schicht 11 nach unten hin emittiert wird, zurück in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dabei passiert die reflektierte Fluoreszenzstrahlung 14 die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren ein zweites Mal.The
Die Schicht 11 emittiert somit einen ersten Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14 direkt in Richtung des Lichtsensorarrays 1 und transmittiert einen zweiten Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14, der an der reflektierenden Schicht 10 reflektiert wurde, zumindest teilweise typischerweise ebenfalls in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dies hebt somit ebenfalls den Signalkontrast der lokal magnetfeldabhängigen Intensität der lokalen Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 weiter an.The
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Daher ist die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 typischerweise für elektromagnetische Strahlung, also beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Wesentlichen nicht transparent und bevorzugt im Wesentlichen reflektierend.Therefore, the optional dichroic mirrored
Hier bei bedeutet „im Wesentlichen nicht transparent“, dass die Intensität der verbleibenden transmittierten elektromagnetischen Strahlung, also beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp so gering ist, dass die verbleibenden transmittierten elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp die Erzielung des beabsichtigten Zwecks in der jeweiligen Anwendung vorzugsweise nicht beeinträchtigt.Here, “essentially not transparent” means that the intensity of the remaining transmitted electromagnetic radiation, for
Hier bei bedeutet „im Wesentlichen reflektiert“, dass die Intensität der nicht reflektierten elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp so gering ist, dass die verbleibende reflektierte elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp für die Erzielung des beabsichtigten Zwecks in der jeweiligen Anwendung vorzugsweise ausreichend ist.Here, “substantially reflected” means that the intensity of the non-reflected electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp is so low that the remaining reflected electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp is preferably sufficient to achieve the intended purpose in the respective application.
In dem Beispiel der
Das hier vorgelegte Dokument offenbart somit eine flächenhafte Pumpstrahlungsquelle, die ein oder mehrere primäre Pumpstrahlungsquellen, hier die LEDs 44, und ein optisches Funktionselement, hier die Glasplatte 46 zur flächenhaften Verteilung der Pumpstrahlung 13 der primären Pumpstrahlungsquellen, hier der LEDs 44, umfasst.The document presented here thus discloses a surface pump radiation source, which includes one or more primary pump radiation sources, here the
In einer bevorzugten Variante bestrahlt diese flächenhafte Pumpstrahlungsquelle eine Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren, hier die Schicht 11, mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.In a preferred variant, this areal pump radiation source irradiates a
In einer weiteren Variante emittiert diese Schicht 11 dann ggf. örtlich unterschiedlich je nach dem Wert des lokalen Betrags der magnetischen Flussdichte eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.In a further variant, this
In einer weiteren Variante separiert ein optisches Funktionselement, beispielsweise die dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47 und/oder der optischer Filter (Longpass) 6, die elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. In dieser weiteren Variante separiert somit das optische Funktionselement, beispielsweise die dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47 und/oder der optischer Filter (Longpass) 6, die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Somit kann dann nur noch elektromagnetischen Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl bzw. Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl zum Lichtsensorarray 1 gelangen.In a further variant, an optical functional element, for example the dichroic mirrored
Vorzugsweise ist zu dem gleichen Zweck das Gehäuse 8 des Sensorkopfes 21 lichtdicht ausgeführt.For the same purpose, the
Die abbildende Optik 7 bildet die örtlich verschiedene Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 auf das Lichtsensorarray 1 ab.The
Mittels der nicht eingezeichneten, aber hiermit ausdrücklich mitoffenbarten Auswerteelektronik 15 und des Lichtsensorarrays 1 erfasst der Sensorkopf 21 somit diese die örtlich verschiedene Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 und damit die örtlich unterschiedlichen Werte des Betrags der magnetischen Flussdichte in der Schicht 11 in Form eines Bildes.By means of the
Der erste Kühlkörper 50 kühlt die Auswerteelektronik 13 der Fluoreszenzkamera und das Lichtsensorarray 1 der Fluoreszenzkamera und erhöht so den Signal-zu-Rauschabstand der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1.The
Der zweite Kühlkörper 49 kühlt den Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45. Hierbei kühlt der zweite Kühlkörper 49 insbesondere die LEDs 44, die erhebliche Wärme abgeben, und verhindert so ein Aufheizen des Gehäuses (8, 40, 41) und damit ein Aufheizen des Lichtsensorarrays 1. Auch und erhöht den Signal-zu-Rauschabstand der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1.The
Bei dem Sensorkopf 21 der
Figur 33Figure 33
Figur 34Figure 34
Figur 35Figure 35
Der erste Kühlkörper 50 ist vorzugsweise mit einem geringen thermischen Widerstand mit der Auswerteelektronik 15 und/oder dem Lichtsensorarray 1 thermisch verbunden. Besonders bevorzugt ist der erste Kühlkörper 50 mit einem geringen thermischen Widerstand mit dem Lichtsensorarray 1 thermisch verbunden. Hierdurch verbessert der erste Kühlkörper 50 das Signal-zu-Rauschverhältnis des Lichtsensorarrays 1.The
Figur 36Figure 36
Figur 37Figure 37
Die Kristalle und Nanokristalle 66 sind bevorzugt in ein Trägermaterial der Schicht 11 eingebettet, dass für Pumpstrahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmptransparent ist. Die Kristalle und Nanokristalle 66 sind bevorzugt in ein Trägermaterial der Schicht 11 eingebettet, dass für Fluoreszenzstrahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl transparent ist.The crystals and nanocrystals 66 are preferably embedded in a carrier material of
Ein Teil der Pumpstrahlung 13 in der Schicht 11 bestrahlt paramagnetische Zentren von Kristallen und Nanokristallen 66 in der Schicht 11. Aufgrund der Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp emittieren paramagnetische Zentren von Kristallen und Nanokristallen 66 in der Schicht 11 Fluoreszenzstrahlung 14.Part of the
Eine Verspiegelung 10 reflektiert den Teil der Fluoreszenzstrahlung 14, der die Schicht 11 nicht in Richtung auf das Lichtsensorarray 1, sondern in die entgegengesetzte Richtung verlässt in die Schicht 11 zurück.A
Die Verspiegelung 10 reflektiert den Teil der Pumpstrahlung 13, der die Schicht 11 nicht in Richtung auf das Lichtsensorarray 1, sondern in die entgegengesetzte Richtung verlässt in die Schicht 11 zurück.The
In dem Beispiel der
Figur 38Figure 38
Die
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen transparent für elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen NICHT transparent für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen transparent für Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen NICHT transparent für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The optional dichroic mirrored
Bevorzugt reflektiert die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die über die zweite Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 49) aus dem ersten optischen Funktionselement (Glasplatte 49) austritt, wieder in das erste optische Funktionselement (Glasplatte 49) hinein zurück. Hierdurch werden die paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Nanokristallen 66 der Schicht 11 einem Maximum an Intensität der Pumpstrahlung 13 aufgesetzt. Dies verbessert das Signal-zu-Rauschverhältnis weiter.The optional dichroic mirrored
Figur 39Figure 39
Die LEDs 44 emittieren Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Sensorschicht 5 entspricht bevorzugt dem Aufbau der
Figur 40Figure 40
Die folgenden Erklärungen der
Leider ist die Intensitätsverteilung der Intensität der an einem Punkt der Oberfläche der Glasplatte 46 aus dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 austretenden Pumpstrahlung 13 vom inversen quadratischen Abstand dieses Punkts der Oberfläche der Glasplatte 46 von der betreffenden LED 44 abhängig. Diese Abstandsabhängigkeit kann durch eine Diffuser-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 auf dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 ausgeglichen werden. Bevorzugt ist somit die Glasplatte 46 auf der Oberfläche, die vom Lichtsensorarray 1 abgewandt ist, mit einer Diffusor-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 versehen, die eine homogene Beleuchtung der Schicht 11 und damit der in der Schicht 11 enthaltenen paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 durch die LEDs 44 sicherstellt.Unfortunately, the intensity distribution of the intensity of the
Bei diesem System aus einer Glasplatte 46, den LEDs 44, die von den Kanten der Glasplatte 46 Pumpstrahlung 13 in das Material der Glasplatte 46 einstrahlen, der Diffusor-Schicht 69 und der Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren handelt es sich letztlich um ein flaches Flächenbeleuchtungssystem, mit: a) einer flächigen Pumpstrahlungsquelle (44, 46) für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die ein Substrat und mindestens einen auf dem Substrat (Glaswafer 46) ausgebildeten, im Wesentlichen nicht gepixelten, Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich aufweist, der Pumpstrahlung 13 von mindestens einer Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle aus in jede Richtung ausstrahlt (Nach unten zeigende Oberfläche der Glasplatte 46); und b) einer Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht - beispielsweise der Glasplatte 46 -, die auf der mindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite(Kante der Glasplatte 46) über dem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich einer punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (beispielhafte LEDs 44) angeordnet ist, worin die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht - insbesondere die Glasplatte 46 - vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 (Lichtausbreitungsebene der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46) ausstrahlenden Seite der flächigen oder punktförmigen Pumpstrahlungsquelle (46, 44) verläuft.This system consisting of a glass plate 46, the LEDs 44, which radiate pump radiation 13 from the edges of the glass plate 46 into the material of the glass plate 46, the diffuser layer 69 and the layer 11 with the paramagnetic centers, is ultimately a flat area lighting system , with: a) a flat pump radiation source (44, 46) for pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp , which has a substrate and at least one region formed on the substrate (glass wafer 46), which is essentially not pixelated and emits pump radiation 13, the pump radiation 13 radiates in every direction from at least one side of the flat pump radiation source emitting pump radiation 13 (downward-facing surface of the glass plate 46); and b) a pump radiation 13 directing, optical layer - for example the glass plate 46 - which is arranged on the at least one pump radiation 13 emitting side (edge of the glass plate 46) above the pump radiation 13 emitting area of a point or flat pump radiation source (exemplary LEDs 44), in which the pump radiation 13 directs , optical layer - in particular the glass plate 46 - preferably deflects pump radiation 13 from a direction that is perpendicular to the surface of the pump radiation 13 (light propagation plane of the pump radiation 13 in the glass plate 46) of the flat or point-shaped pump radiation source (46, 44).
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine strukturierte erste Oberfläche(Unterseite der Glasplatte 46) auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) benachbart angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a structured first surface (underside of the glass plate 46), which is arranged adjacent to the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) rechtwinklig gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged at right angles opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) dreieckige Prismen oder eine auf die erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) aufgebrachte Diffusor-Schicht 69 beispielsweise als Diffusor auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured first surface of the optical layer (glass plate 46) directing the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche beispielsweise zylindrische Linsen oder andere optische und/oder mikrooptische Funktionselemente auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured surface has, for example, cylindrical lenses or other optical and/or micro-optical functional elements.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche eine Vielzahl keilförmiger Strukturen auf, die eine lange Achse aufweisen, wobei die Achsen der keilförmigen Strukturen bevorzugt dann in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind.In one embodiment of the flat area lighting system, the structured surface has a plurality of wedge-shaped structures that have a long axis, the axes of the wedge-shaped structures then preferably being aligned in a common direction.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst eine flächige Pumpstrahlungsquelle OLEDs oder VCSELs als LEDs 44.In one embodiment of the flat area lighting system, a flat pump radiation source comprises OLEDs or VCSELs as
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist, wobei bevorzugt die flächigen Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) OLEDs oder VCSELs als LEDs 44 umfassen.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das flächige Flächenbeleuchtungssystem in einer Diffusor-Schicht 69 einen Diffusor, der zwischen der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht und der flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the flat surface lighting system comprises a diffuser in a
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das Flächenbeleuchtungssystem eine zweite, Pumpstrahlung 13 lenkende, optischen Schicht, die über der Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht und parallel zur Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht angeordnet ist.In one embodiment of the flat area lighting system, the area lighting system comprises a second optical layer directing
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems ist beispielsweise die Pumpstrahlung 13 lenkende optische Schicht in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt und Pumpstrahlung 13 lenkende Strukturen sind in einem Bereich in einem Winkel ausgerichtet, der sich von dem Winkel Licht lenkender Strukturen in einem zweiten Bereich unterscheidet.In one embodiment of the flat surface lighting system, for example, the optical layer directing
Bevorzugt befindet sich die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren auf der Oberfläche des flachen Flächenbeleuchtungssystems, also beispielsweise auf der Oberfläche einer Diffusor-Schicht 69 eines Diffusors, der sich bevorzugt wieder auf einer Oberfläche der besagten Glasplatte 46 befindet.The
Das flache Flächenbeleuchtungssystem umfasst somit bevorzugt
- • Pumpstrahlungsquellen, hier beispielhaft in
Form der LEDs 44, - •
eine Pumpstrahlung 13 transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, - • wobei die
Pumpstrahlungsquellen eine Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in eine diese Pumpstrahlung transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, diePumpstrahlung 13 von der Seite über eine Kante derGlasplatte 46 einspeisen, - • eine Diffusor-
Schicht 69, die eine weitere,eine Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht ist, - • wobei die Diffusor-
Schicht 69 auf dermindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite überdem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist, worin diePumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (insbesondere der LEDs 44) verläuft
- • Pump radiation sources, here for example in the form of
LEDs 44, - • a layer transporting
pump radiation 13, here theglass plate 46, - • where the pump radiation sources feed a
pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp into a layer transporting this pump radiation, here theglass plate 46, thepump radiation 13 from the side over an edge of theglass plate 46, - • a
diffuser layer 69, which is a further optical layer that directs apump radiation 13, - • wherein the
diffuser layer 69 is arranged on the side emitting at least onepump radiation 13 above the region of the flat pump radiation source emittingpump radiation 13, wherein the optical layer directingpump radiation 13 preferably deflects pumpradiation 13 away from a direction which is preferably substantially perpendicular to the surface of thePump radiation 13 emitting side of the point-shaped or flat pump radiation source (in particular the LEDs 44).
Die Diffusor-Schicht 69 lenkt somit bevorzugt die Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 auf die auf der Diffusor-Schicht 69 bevorzugt befindliche Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren, die daraufhin Fluoreszenzstrahlung 14 emittieren. Die Diffusor-Schicht 69 kann auch durch eine Mattierung und/oder Strukturierung der ersten Oberfläche 67 der Glasplatte 46 erreicht werden. The
Auch die zweite Oberfläche 68 der Glasplatte 46 kann eine Diffusor-Schicht 69 aufweisen. Beispielsweise kann durch eine unterschiedliche Rauigkeit der Oberfläche der Glasplatte 46 erreicht werden, das ein örtlich unterschiedlicher Anteil der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 aus der Glasplatte 46 aus- und in die Schicht 11 eingekoppelt wird. Beispielsweise kann die Oberfläche der Glasplatte so strukturiert werden, dass in größerer Entfernung von den Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) ein größerer Anteil der Pumpstrahlung 13 aus der Glasplatte 46 heraus in die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren eingekoppelt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einem homogenen externen Magnetfeld mit einer homogenen magnetischen Flussdichte die Intensität der erzeugten Fluoreszenzstrahlung 14 an Punkten der Oberfläche der Schicht 11 im Wesentlichen nicht mehr von der Entfernung zu den Pumpstrahlungsquellen, hier den LEDs 44, abhängt.
die so konstruierte flächige Pumpstrahlungsquelle aus LEDs 44 und Glasplatte 46 und optionaler Diffusor-Schicht 69 bzw. Diffusor-Oberflächenstruktur der Glasplatte 46 bestrahlt dann die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle 66, besonders bevorzugt Mikro- oder Nanokristalle 66, mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren in Diamantkristallen sind. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 aus. Die Glasplatte 46 hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12.The
The flat pump radiation source constructed in this way consisting of
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
-
Lichtsensorarray 1 mit Elektronik (Ansteuerung, etc.). Vorzugsweise umfasst das Lichtsensorarray einen CCD Kamerasensor oder dergleichen, wobei jedes CCD Pixel des CCD Kamerasensors einen Lichtsensor des Lichtsensorarrays im Sinne des hier vorgelegten Dokuments darstellt;
Light sensor array 1 with electronics (control, etc.). Preferably, the light sensor array comprises a CCD camera sensor or the like, each CCD pixel of the CCD camera sensor representing a light sensor of the light sensor array in the sense of the document presented here; - 22
-
Lichtquelle. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um einen Laser oder eine LED handeln. Bevorzugt strahlt die Lichtquelle bei Versorgung mit elektrischer Energie Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp ab;light source. The light source can be, for example, a laser or an LED. When supplied with electrical energy, the light source preferably emits pump
radiation 13 of the pump radiation wavelength λ pmp ; - 33
- Beleuchtungsoptik;lighting optics;
- 44
- optischer Filter (Shortpass);optical filter (short pass);
- 55
-
Sensorschicht 5;
sensor layer 5; - 66
- optischer Filter (Longpass) 6;optical filter (long pass) 6;
- 77
-
abbildende Optik 7;
imaging optics 7; - 88th
-
Gehäuse 8. Beispielsweise kann es sich um ein 3D-Druckgehäuse handeln. Das Gehäuse 8 kann beispielsweise oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8 und einen unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 umfassen;
Housing 8. For example, it can be a 3D printed housing. Thehousing 8 can, for example, comprise anupper housing part 40 of thehousing 8 and alower housing part 41 of thehousing 8; - 99
- Trägermaterial I 9.;carrier material I 9.;
- 1010
-
Verspiegelung 10;
mirroring 10; - 1111
-
Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht eine Vielzahl von Kristallen und/oder Nanokristallen 66, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen und/oder Nanokristallen 66 um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NV-reichem Diamantstaub in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist. Typischerweise umfasst die Sensorschicht 5 diese Schicht 11.
Layer 11 with crystals and/ornanocrystals 66 with paramagnetic centers. This layer preferably comprises a plurality of crystals and/ornanocrystals 66, which are preferably oriented completely randomly, uniformly distributed and whose density is preferably essentially not dependent on the position in the layer. Preferably the crystals and/ornanocrystals 66 are diamonds. The paramagnetic centers are preferably NV centers. This diamond material is preferably NV-rich diamond dust in an optically transparent composite material that is essentially transparent for electromagnetic radiation, forexample pump radiation 13, with pump radiation wavelength λ pmp and for electromagnetic radiation with fluorescent radiation wavelength λ fl . Typically, thesensor layer 5 includes thislayer 11. - 1212
-
Trägermaterial II 12. Bei dem Trägermaterial II 12 kann es sich beispielsweise um eine Glasplatte 46 handeln, die gleichzeitig als beispielhaftes optisches Funktionselement die Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt;
Carrier material II 12. Thecarrier material II 12 can be, for example, aglass plate 46, which simultaneously irradiates thelayer 11 with crystals and / ornanocrystals 66 with paramagnetic centers withpump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp as an exemplary optical functional element; - 1313
-
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp;Pump
radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp ; - 1414
-
Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl;
Fluorescence radiation 14 with the fluorescence radiation wavelength λ fl ; - 1515
-
Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1;
Evaluation electronics 15 of thelight sensor array 1; - 1616
- vorzugsweise ebene Fläche;preferably flat surface;
- 1717
- ferromagnetisches Material;ferromagnetic material;
- 1818
-
Fehler in dem beispielhaften ferromagnetischen Material 17 der
6 ;Defects in the exemplaryferromagnetic material 17 of6 ; - 1919
-
Hilfsmagnet 19;
auxiliary magnet 19; - 2020
- beispielhafte Bewegungsrichtung;exemplary direction of movement;
- 2121
-
Sensorkopf 21;
sensor head 21; - 2222
-
Unterseite der Sensorschicht 5 in Richtung vom Lichtsensorarray 1 weg;Underside of the
sensor layer 5 in the direction away from thelight sensor array 1; - 2323
-
Oberseite der Sensorschicht 5 in Richtung des Lichtsensorarrays 1;Top of the
sensor layer 5 in the direction of thelight sensor array 1; - 2424
-
Unterseite 24 des Gehäuses 8;bottom 24 of the
housing 8; - 2525
-
Sensorschichtdicke der Sensorschicht 5;Sensor layer thickness of
sensor layer 5; - 2626
-
der Abstand zwischen Sensorschicht 5 und der Außenfläche des Gehäuses 8 im Bereich der Sensorschicht 5. In den hier vorgestellten Beispielen betrug der Abstand zwischen der Sensorschicht 5 und der Oberfläche 34 des Messobjekts 17 weniger als 1mm;the distance between the
sensor layer 5 and the outer surface of thehousing 8 in the area of thesensor layer 5. In the examples presented here, the distance between thesensor layer 5 and thesurface 34 of themeasurement object 17 was less than 1 mm; - 2727
- elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängenbereiche 27;electromagnetic radiation of other wavelength ranges 27;
- 2828
-
Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21;
Computer system 28 for operating thesensor head 21; - 2929
-
Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21;
Data bus 29 for establishing the data connection between theprocessing circuit 30 for the output signals 31 of the light sensors of thelight sensor array 1 and thecomputer system 28 for operating thesensor head 21; - 3030
-
Aufbereitungsschaltung für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1. Die Aufbereitungsschaltung 30 ist bevorzugt Teil der Auswerteelektronik 15;Processing circuit for the output signals 31 of the light sensors of the
light sensor array 1. Theprocessing circuit 30 is preferably part of theevaluation electronics 15; - 3131
-
Ausgangssignale der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1;Output signals of the light sensors of the
light sensor array 1; - 3232
- Bildschirm;Screen;
- 3333
-
Rechnerkern des Rechnersystems 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21 mit zumindest einer CPU;Computer core of the
computer system 28 for operating thesensor head 21 with at least one CPU; - 3434
-
Oberfläche des Messobjekts. In
6 Oberfläche des ferromagnetischen Materials 17;Surface of the measurement object. In6 surface of theferromagnetic material 17; - 3535
-
Ansteuervorrichtung für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19;Control device for the electromagnets of the
auxiliary magnets 19; - 3636
- Schnittstellenschaltung;interface circuit;
- 3737
- Permanentmagnete für Prüfzwecke;Permanent magnets for testing purposes;
- 3838
- Glasplatte;glass plate;
- 3939
- zweidimensionale Falschfarben- Magnetflussdichtenbetragsbild der Verteilung der magnetischen Flussdichte von vier Permanentmagneten 37 auf einer Glasplatte 38.Two-dimensional false color magnetic flux density image of the distribution of the magnetic flux density of four permanent magnets 37 on a glass plate 38.
- 4040
-
oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8. Beispielsweise kann es sich um einen oberen 3D-Druckgehäuseteil des beispielhaften 3D-Druckgehäuses 8 handeln;
upper housing part 40 of thehousing 8. For example, it can be an upper 3D printed housing part of the exemplary 3D printedhousing 8; - 4141
-
unterer Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8. Beispielsweise kann es sich um einen unteren 3D-Druckgehäuseteil des beispielhaften 3D-Druckgehäuses 8 handeln;
lower housing part 41 of thehousing 8. For example, it can be a lower 3D printed housing part of the exemplary 3D printedhousing 8; - 4242
-
Stromversorgungskabel 42 für das PCB 43 mit den LEDs 44;Power supply cable 42 for the
PCB 43 with theLEDs 44; - 4343
-
Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45;Circuit board (PCB) 43 for the
LEDs 44 and their power supply 45; - 4444
-
LED 44 zur Bestrahlung der Sensorschicht 5 über eine Beleuchtungsoptik 3 beispielsweise in Form einer Glasplatte 46 als beispielhaftes optisches Funktionselement mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp;
LED 44 for irradiating thesensor layer 5 viaillumination optics 3, for example in the form of aglass plate 46 as an exemplary optical functional element withpump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp ; - 4545
-
Energieversorgung 45 der LEDs 44 des beispielhaften Schaltungsträgers (PCB) 43;Power supply 45 of the
LEDs 44 of the exemplary circuit board (PCB) 43; - 4646
-
Glasplatte 46 als beispielhaftes optisches Funktionselement, dass die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle und/oder Nanokristalle 66 mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren sind. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 aus. Die Glasplatte hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12;
Glass plate 46 as an exemplary optical functional element that irradiates the paramagnetic centers of thelayer 11 withpump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp . Thelayer 11 preferably comprises crystals and/ornanocrystals 66 with these paramagnetic centers, which are preferably NV centers. Theglass plate 46 preferably forms theflat surface 16 of thelower housing part 41 of thehousing 8. The glass plate here also has the function of thecarrier material II 12; - 4747
-
dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47;dichroic mirrored
optional layer 47; - 4848
-
Kleber 48;
glue 48; - 4949
-
zweiter Kühlkörper 49 zur Kühlung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44. Der zweite Kühlkörper 49 umfasst bevorzugt Kupfer als Kühlkörpermaterial des zweiten Kühlkörpers 49;
second heat sink 49 for cooling the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44. Thesecond heat sink 49 preferably comprises copper as the heat sink material of thesecond heat sink 49; - 5050
-
erster Kühlkörper 50 zur Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 und/oder des Lichtsensorarrays 1. Der erste Kühlkörper 50 umfasst bevorzugt Kupfer als Kühlkörpermaterial des ersten Kühlkörpers 50;
first heat sink 50 for cooling theevaluation electronics 15 of thelight sensor array 1 and/or thelight sensor array 1. Thefirst heat sink 50 preferably comprises copper as the heat sink material of thefirst heat sink 50; - 5151
-
Kühlrippen 51, die thermisch mit dem ersten Kühlkörper 50 beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste 53 oder dergleichen gekoppelt sind;cooling
fins 51, which are thermally coupled to thefirst heat sink 50, for example by means of athermal paste 53 or the like; - 5252
-
Deckel 52 des Gehäuses 8;
Cover 52 of thehousing 8; - 5353
-
Wärmeleitpaste 53;
thermal paste 53; - 5454
-
Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera mit dem Lichtsensorarray 1 mit dessen Auswertelektronik 15 und der abbildenden Optik 7;
Camera housing 54 of the fluorescence camera with thelight sensor array 1 with itsevaluation electronics 15 and theimaging optics 7; - 5555
-
Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44;
Energy supply line 55 for supplying energy to the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44 and their energy supply 45 and theLEDs 44; - 5656
-
Anschlussstecker 56 für die Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44;
Connection plug 56 for thepower supply line 55 for supplying power to the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44; - 5757
-
elastisches und thermisch leitendes Material 57;elastic and thermally
conductive material 57; - 5858
-
Thermisch leitende Isolationsfolie 58;Thermally
conductive insulation film 58; - 5959
-
LED-Vorwiderstände 59 der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 ;
LED series resistors 59 of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44; - 6060
-
elektronische Bauteile 60 der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43;
electronic components 60 for the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43; - 6161
-
Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61. Der Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61 ist typischerweise ein elektronisches Bauteile 60 der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43. Der Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61 ist typischerweise das Stellglied der Spannungsreglung der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43;Voltage regulator and/or
control transistor 61. The voltage regulator and/orcontrol transistor 61 is typically anelectronic component 60 of the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43. The voltage regulator and/orcontrol transistor 61 is typically the actuator of the voltage regulation of the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43; - 6262
-
Kodierstecker 62 zur Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43;
Coding plug 62 for changing analog operating parameters of the electronic circuit on the circuit board (PCB) 43; - 6363
-
Befestigungsmittel für die beispielhafte Befestigung des Hilfsmagneten 19 an dem Deckel 52 des Gehäuses ;Fastening means for the exemplary fastening of the
auxiliary magnet 19 to thecover 52 of the housing; - 6464
-
Zugangsöffnung 64 in dem unterer Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 an der Unterseite des Gehäuses 8, die die Änderung der Kodierposition des Jumpers des Kodiersteckers 62 und damit eine Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 nach dem Verschließen des Gehäuses 8 erlaubt. Hiefür muss der Kodierstecker 64 jedoch auf der anderen Seite des Schaltungsträgers (PCB) 43 als in den
20 ,21 ,25 ,28 ,29 gezeigt montiert werden. Bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments wurde erkannt, dass eine Kodierung auf dieser Seite des Schaltungsträgers (PCB) 43 statt mit Jumpern und Kodiersteckern 62 durch Lötbrücken effizienter und haltbarer ist;Access opening 64 in thelower housing part 41 of thehousing 8 on the underside of thehousing 8, which allows changing the coding position of the jumper of thecoding plug 62 and thus changing the analog operating parameters of the electronic circuit on the circuit board (PCB) 43 after thehousing 8 has been closed . For this, however, thecoding plug 64 must be on the other side of the circuit board (PCB) 43 than in the20 ,21 ,25 ,28 ,29 shown. When developing the technical teaching of this document, it was recognized that coding on this side of the circuit board (PCB) 43 instead of using jumpers and coding plugs 62 using solder bridges is more efficient and more durable; - 6565
-
Öffnung 65 in dem Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44. Die Öffnung 65 dient dazu, dass die Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren, also beispielsweise der NV-Zentren, in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 auf der Unterseite der Glasplatte 46 durch die Glasplatte 46 und die Öffnung in dem Schaltungsträger (PCB) 43 zum Lichtsensorarray 1 gelangen kann
Opening 65 in the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44. Theopening 65 serves to allow thefluorescence radiation 14 of the paramagnetic centers, for example the NV centers, in thelayer 11 of thesensor layer 5 on the underside of theglass plate 46 to pass throughGlass plate 46 and the opening in the circuit board (PCB) 43 can reach thelight sensor array 1 - 6666
-
Kristall, vorzugsweise Nano-Kristall 66 mit vorzugsweise mehreren paramagnetischen Zentren;Crystal, preferably nano-
crystal 66 with preferably several paramagnetic centers; - 6767
-
erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 49);
first surface 67 of the first optical functional element (glass plate 49); - 6868
-
zweite Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 49);
second surface 68 of the first optical functional element (glass plate 49); - 6969
-
Diffusor-Schicht 69. Im Sinne der technischen Lehre des hiervorgelegten Dokuments kann die Diffusor-Schicht 69 auch eine Diffuser-Struktur auf der ersten Oberfläche 67 oder auf der zweiten Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46 sein. Bevorzugt befindet sich die Diffusor-Schicht 69 an der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements der Sensorschicht 5 - hier der Glasplatte 46;
Diffuser layer 69. In the sense of the technical teaching of the document presented here, thediffuser layer 69 can also be a diffuser structure on thefirst surface 67 or on thesecond surface 68 of the first optical functional element, in particular theglass plate 46. Thediffuser layer 69 is preferably located on thefirst surface 67 of the first optical functional element of the sensor layer 5 - here theglass plate 46; - λflλfl
-
Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung 14;Fluorescence radiation wavelength λ fl of the
fluorescence radiation 14; - λpmpλpmp
-
Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung 13;Pump radiation wavelength λ pmp of the
pump radiation 13;
Liste der zitierten SchriftenList of Scriptures Cited
-
DE 11 2020 003 569 A5 DE 11 2020 003 569 A5 -
DE 10 2019 121 028 A1 DE 10 2019 121 028 A1 -
DE 10 2020 129 308 A1 DE 10 2020 129 308 A1 -
DE 10 2018 127 394 A1 DE 10 2018 127 394 A1 -
DE 10 2021 101 565 A1 DE 10 2021 101 565 A1 -
DE 10 2020 109 477 A1 DE 10 2020 109 477 A1 -
DE 10 2021 132 780 A1 DE 10 2021 132 780 A1 -
DE 10 2020 134 883 A1 DE 10 2020 134 883 A1 -
DE 10 2022 122 505.4 DE 10 2022 122 505.4 -
DE 10 2022 121 444.3 DE 10 2022 121 444.3 -
DE 10 2022 122 507.0 DE 10 2022 122 507.0
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 112020003569 A5 [0004, 0267]DE 112020003569 A5 [0004, 0267]
- DE 102019121028 A1 [0005, 0267]DE 102019121028 A1 [0005, 0267]
- DE 102020129308 A1 [0006, 0267]DE 102020129308 A1 [0006, 0267]
- DE 102018127394 A1 [0007, 0267]DE 102018127394 A1 [0007, 0267]
- DE 102021101565 A1 [0008, 0267]DE 102021101565 A1 [0008, 0267]
- DE 102020109477 A1 [0009, 0267]DE 102020109477 A1 [0009, 0267]
- DE 102021132780 A1 [0010, 0021, 0267]DE 102021132780 A1 [0010, 0021, 0267]
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Citations (10)
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|---|---|---|---|---|
| DE102018127394A1 (en) | 2018-11-02 | 2020-05-07 | Bernd Burchard | Device and method for generating and controlling a magnetic field strength |
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| DE102021101565A1 (en) | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Elmos Semiconductor Se | NV center based, microwave-free and galvanically isolated magnetometer with a circuit board made of glass |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018127394A1 (en) | 2018-11-02 | 2020-05-07 | Bernd Burchard | Device and method for generating and controlling a magnetic field strength |
| DE102019121028A1 (en) | 2019-05-25 | 2020-11-26 | Bernd Burchard | Apparatus and method for using diamond nanocrystals with NV color centers in CMOS circuits |
| DE102020109477A1 (en) | 2019-07-25 | 2021-01-28 | Bernd Burchard | Process for producing diamonds with a high density of NV centers and associated quantum technological devices and processes |
| DE112020003569A5 (en) | 2019-07-25 | 2022-04-28 | Quantum Technologies UG (haftungsbeschränkt) | NV center based microwave-free quantum sensor and its applications and characteristics |
| DE102020129308A1 (en) | 2019-11-07 | 2021-05-12 | Elmos Semiconductor Se | Correlator-based devices for measuring magnetic flux density and other parameters using a variety of NV centers |
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| DE102021132780A1 (en) | 2021-06-07 | 2022-12-08 | Quantum Technologies Gmbh | Tilt angle detection with HDNV diamonds |
| DE102022121444A1 (en) | 2022-08-24 | 2024-02-29 | Quantum Technologies Gmbh | Device for NV center-based detection of the magnetic flux density B in an air gap and/or in the stray field of the air gap of a motor |
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