穩定的分光儀及用於穩定分光儀的方法與流程
2023-10-10 18:58:44
一些變型涉及光的光譜分析。
背景技術：
可通過利用包括法布裡-珀羅幹涉儀的分光儀來對對象的光譜進行測量。可通過標定測量值(例如通過利用氣體放電燈的激發光譜)來確定分光儀的光譜標度。氣體放電燈通常可包含例如氬、氖、氙、氪、氫或汞。
技術實現要素：
一些變型可涉及提供分光儀。一些變型可涉及提供用於測量光譜的方法。一些變型可涉及提供用於測量光譜的電腦程式。一些變型可涉及提供電腦程式產品，其包括用於測量光譜的電腦程式代碼。
根據第一個方面，提供了一種根據權利要求1所述的方法。
根據第二個方面，提供了一種根據權利要求13所述的裝置。
在從屬權利要求中描述了其他方面。
一種用於確定法布裡-珀羅幹涉儀(100)的光譜標定數據(λcal(sd),sd,cal(λ))的方法，可包括：
-通過採用陷波濾波器(60)對輸入光(lb1)進行濾波而形成光譜陷波(nc2)，以使得所述光譜陷波(nc2)對應於所述陷波濾波器(60)的透射率陷波(nc1)，
-通過改變所述法布裡-珀羅幹涉儀(100)的鏡間隙(dfp)，並且通過提供表示所述鏡間隙(dfp)的控制信號(sd)，來測量所述光譜陷波(nc2)的光譜強度分布(m(sd))，以及
-通過使測量的光譜強度分布(m(sd))與所述陷波濾波器(60)的光譜透射率(tn(λ))相匹配，來確定所述光譜標定數據(λcal(sd),sd,cal(λ))。
一種用於驗證法布裡-珀羅幹涉儀(100)的光譜標定數據(λcal(sd),sd,cal(λ))的方法，可包括：
-通過採用陷波濾波器(60)對輸入光(lb1)進行濾波而形成光譜陷波(nc2)，以使得所述光譜陷波(nc2)對應於所述陷波濾波器(60)的透射率陷波(nc1)，
-通過改變所述法布裡-珀羅幹涉儀(100)的鏡間隙(dfp)，並且通過提供表示所述鏡間隙(dfp)的控制信號(sd)，來測量所述光譜陷波(nc2)的光譜強度分布(m(sd))，以及
-通過校驗測量的光譜強度分布(m(sd))與所述陷波濾波器(60)的光譜透射率(tn(λ))是否相匹配，來驗證所述光譜標定數據(λcal(sd),sd,cal(λ))。
分光儀可包括法布裡-珀羅幹涉儀以及用於監控穿過法布裡-珀羅幹涉儀透射的光的強度的探測器。可通過改變法布裡-珀羅幹涉儀的鏡間隙來對法布裡-珀羅幹涉儀的光譜位置進行掃描。分光儀可提供表示鏡間隙的控制信號。控制信號可例如通過控制單元來提供，並且可根據控制信號來控制鏡間隙。備選地，可通過監控鏡間隙(例如通過利用電容傳感器)來提供控制信號。控制信號可以例如是數字控制信號或模擬控制信號。每個光譜位置可與控制信號值相關聯，以使得光譜位置與控制信號值之間的關係可由標定數據來表示。
可對幹涉儀的光譜標度進行標定從而執行精確的光譜分析。可根據標定數據來限定光譜標度。標定數據可限定透射峰的每個光譜位置與和所述光譜位置對應的控制信號值之間的關係。
當對未知光譜進行監控時，分光儀可布置成從探測器獲得作為控制信號的函數的強度值。可基於光譜數據來使測量的強度值與標定的光譜位置相關聯。標定數據可包括例如回歸函數的參數，其限定了每個光譜位置和與所述光譜位置對應的控制信號值之間的關係。標定數據可存儲在例如分光儀的存儲器中和/或資料庫伺服器中。
法布裡-珀羅幹涉儀包括第一半透鏡和第二半透鏡，它們布置成形成幹涉儀的光學共振腔。法布裡-珀羅幹涉儀可提供窄的透射峰，其具有可調節的光譜位置，並且其可用於光譜分析。可通過改變鏡之間的距離來改變透射峰的光譜位置。鏡之間的距離可被稱為例如鏡間隙或鏡間距。法布裡-珀羅幹涉儀可具有可調節的鏡間隙。
透射率峰的光譜位置可根據控制信號而改變。控制信號可以例如是施加在靜電致動器的電極上的電壓信號，從而改變法布裡-珀羅幹涉儀的鏡間隙。控制信號可以例如是施加在壓電致動器上的電壓信號，從而改變法布裡-珀羅幹涉儀的鏡間隙。然而，可通過利用電容傳感器來提供控制信號，電容傳感器布置成監控法布裡-珀羅幹涉儀的鏡間隙。
透射峰的每個光譜位置和與所述光譜位置對應的控制信號值之間的關係可取決於例如法布裡-珀羅幹涉儀的操作溫度。所述關係可取決於幹涉儀的工作壽命(即，年限)。例如如果幹涉儀經受了衝擊(即，加速度衝擊)，那麼所述關係大體上可能會改變。所述關係大體上還可能由於化學腐蝕而改變。
可通過利用光學陷波濾波器來穩定幹涉儀的光譜標度。每個光譜位置與和所述光譜位置對應的控制信號值之間的關係，可基於提供利用光學陷波濾波器而形成的光譜陷波而確定和/或驗證。陷波濾波器可布置在幹涉儀的光程中。特別是，陷波濾波器可以與分光儀的帶寬限制濾波器集成，以使得使用陷波濾波器不會顯著地增加分光儀的機械複雜度。陷波濾波器和帶寬限制濾波器可例如通過利用沉積在基板上的多層電介質塗層來實施。陷波濾波器和帶寬限制濾波器的組合可以實施為可以是機械穩固的大體上的整體結構。在一個實施方案中，陷波濾波器還可用作分光儀的機械保護的輸入窗口。陷波濾波器可提供用於使分光儀的光譜標度穩定的簡單而高度穩固的光譜參考。可通過利用陷波濾波器來使分光儀的光譜標度穩定。
陷波濾波器可布置成形成光譜陷波。法布裡-珀羅幹涉儀可用於測量光譜陷波的光譜強度分布。可通過使測量的分布與陷波濾波器的透射率陷波相匹配來確定幹涉儀的光譜標定數據。所述匹配可例如通過利用互相關和/或通過使控制信號值與預定的光譜位置相關聯而執行。測量的分布可例如通過利用互相關而與光譜透射率相匹配。可通過利用互相關分析來校驗光譜標定數據。可通過使測量的分布與陷波濾波器的光譜透射率相比較而校驗幹涉儀的光譜標定數據。
可通過使測量的光譜分布的光譜特徵與陷波濾波器的光譜透射率的光譜特徵相匹配，來確定光譜標定數據。
可通過使測量的光譜分布的光譜陷波與陷波濾波器的光譜透射率的陷波相匹配，來確定光譜標定數據。
可確定光譜標定數據，以使得當通過利用所述光譜標定數據確定了控制信號與光譜位置之間的關係時，測量的光譜分布與陷波濾波器的光譜透射率相匹配。
可確定光譜標定數據，以使得當利用所述光譜標定數據確定了控制信號與光譜位置之間的關係時，測量的光譜分布的光譜特徵與陷波濾波器的光譜透射率的光譜特徵大體吻合。
可確定光譜標定數據，以使得當利用所述光譜標定數據確定了控制信號與光譜位置之間的關係時，測量的光譜分布的第一光譜特徵的光譜位置與陷波濾波器的光譜透射率的第一光譜特徵的光譜位置大體吻合。
可通過陷波濾波器對輸入光進行濾波，從而提供具有光譜陷波的濾波後的光譜。光譜陷波的光譜位置可以是非常穩定的。光譜陷波的光譜位置大體上可不依賴於氣壓、溼度的變化、老化和/或腐蝕。光譜陷波的光譜位置即使在分光儀經歷了機械衝擊之後還可以保持不變。
陷波濾波器可以實施為非常穩定的整體結構。特別是，陷波濾波器和帶寬限制濾波器可通過利用結構穩定且熱穩定的結構來實施。
分光儀可永久地包括陷波濾波器，從而實現對光譜標度的在線穩定和/或驗證。在一個實施方案中，當測量對象的未知光譜時，可確定和/或驗證分光儀的光譜標度。
當通過利用分光儀分析光譜時，光譜穩定性可能是一個關鍵參數。通過利用陷波濾波器，即使是在惡劣環境中使用分光儀時光譜標度可以是穩定的。可通過將掃描法布裡-珀羅幹涉儀與陷波濾波器進行組合，來提供非常穩定的分光儀。陷波濾波器可輕易地集成在在線測量系統中。
陷波濾波器的運行本身不需要運行功率。然而，對陷波濾波器的溫度進行的選擇性監控有時可能會需要非常低的功率。陷波濾波器可具有高度可再生的熱漂移。在一個實施方案中，光譜標定數據可包括關於陷波濾波器的操作溫度對光譜標度的影響的信息。可監控陷波濾波器的操作溫度，並且可根據陷波濾波器的操作溫度來確定幹涉儀的光譜標度。
除了執行光譜標定之外，分光儀的標定可選擇性地包括執行強度標定。可例如通過測量從黑體輻射器或鎢帶燈獲得的光的強度值，並且通過使測量的光譜強度值與和所述輻射器或燈相關聯的強度標定數據相比較，來對分光儀的強度值進行標定。
分光儀可用於分析樣本的光譜，例如在製藥工業中、在飲料工業中、在食品工業中或在石油化學工業中。樣本可包括例如食品、飲料、藥劑或者用於生成藥劑的物質。
附圖說明
在下面的示例中，將會參考隨附的附圖而更加詳細地描述多個變型，其中
圖1以示例的方式顯示了包括法布裡-珀羅幹涉儀的分光儀，
圖2a以示例的方式顯示了法布裡-珀羅幹涉儀的光譜透射率以及從對象接收到的光的光譜，
圖2b顯示了陷波濾波器的光譜透射率，
圖2c顯示了陷波濾波器的光譜透射率，
圖2d以示例的方式顯示了法布裡-珀羅幹涉儀的光譜透射率以及由陷波濾波器濾波的光的光譜，
圖2e以示例的方式顯示了通過利用陷波濾波器形成了濾波後的光譜，
圖2f以示例的方式顯示了用於校驗確定的標記值的有效性的輔助值，
圖2g以示例的方式顯示了從圖2e的測量的分布獲得標定的測量的光譜，
圖3a以示例的方式顯示了在幹涉儀的第一操作溫度下的光譜位置和控制信號值與在幹涉儀的第二操作溫度下的光譜位置和控制信號值之間的關係，
圖3b以示例的方式顯示了在幹涉儀的第一操作溫度下的控制信號值和光譜位置與在幹涉儀的第二操作溫度下的控制信號值和光譜位置之間的關係，
圖4a以示例的方式顯示了包括光源和分光儀的測量系統，
圖4b以示例的方式顯示了用於測量系統的光源，
圖5a以示例的方式顯示了通過利用陷波濾波器形成濾波後的光譜，
圖5b以示例的方式顯示了從圖5a的測量的分布獲得標定的吸收光譜，
圖6以示例的方式顯示了整體化的法布裡-珀羅幹涉儀，
圖7以示例的方式顯示了包括用於監控鏡間隙的傳感器的法布裡-珀羅幹涉儀，
圖8a以示例的方式顯示了兩個或多個陷波濾波器的堆疊，以及，
圖8b以示例的方式顯示了堆疊的陷波濾波器的組合光譜透射率。
具體實施方式
參照圖1，分光儀500可包括法布裡-珀羅幹涉儀100、探測器det1以及陷波濾波器60。
對象obj1可反射、發出和/或透射光lb1。光lb1可以耦合至分光儀500中，從而監控光lb1的光譜。特別是，陷波濾波器60可用作輸入窗口，並且光lb1可通過陷波濾波器60耦合至分光儀500中。分光儀500可選擇性地包括外殼400。分光儀500可包括防護外殼400。外殼400可布置成對幹涉儀100進行機械防護。
在一個實施方案中，外殼400可以是密封的。外殼400可填充有具有預定成分的氣體。例如，外殼400可填充有氮氣或氬氣。
分光儀500可用於例如監控從對象obj1接收到的光的光譜性質。光lb1可以是例如由對象反射、穿過對象透射、由對象散射的和/或由對象發出的。
法布裡-珀羅幹涉儀100包括第一半透鏡110和第二半透鏡120。第一鏡110和第二鏡120之間的距離等於鏡間隙dfp。
鏡間隙dfp是可調節的。第一鏡110可具有固-氣界面111，並且第二鏡121可具有固-氣界面121。鏡間隙dfp可表示界面111和121之間的距離。法布裡-珀羅幹涉儀100可提供透射峰pfp,k(圖2a)，其中透射峰pfp,k的光譜位置可取決於鏡間隙dfp。透射峰pfp,k的光譜位置可以通過改變鏡間距dfp而變化。透射峰pfp,k還可被稱為法布裡-珀羅幹涉儀100的通頻帶。
濾波器60可通過對從對象obj1接收到的光lb1進行濾波來提供濾波後的光lb2。
法布裡-珀羅幹涉儀100可通過向探測器det1透射一部分濾波後的光lb2來形成透射光lb3。幹涉儀100可光學耦合至探測器det1。透射光lb3可至少部分地照射在探測器det1上。
致動器140可布置成使第一鏡110相對於第二鏡120移動。致動器140可以是例如靜電致動器(圖6)。致動器140可以是例如壓電致動器。鏡110、120可以是大體平坦的並且大體相互平行。鏡110、120可以是平坦的。半透鏡110、120可包括例如金屬反射層和/或多層式反射電介質。鏡110、120中的一個可附接到框架上，並且另一個鏡可由一個或多個致動器140來移動。
在一個實施方案中，對象obj1可以是實物或虛物。例如，對象obj1可以是一塊有形的材料。對象obj1可以是實物。對象obj1可以是例如固態、液態或氣態形式的。對象obj1可包括樣本。對象obj1可以是透明容器以及容納在透明容器中的化學物質的組合。對象obj1可以是例如植物(例如樹木或花朵)、燃燒的火焰或者水上漂浮的漏油。對象可以是例如通過一層吸附性氣體觀察到的太陽或星球。對象obj1可以是發出或反射圖像的光的顯示屏。對象obj1可以是由其他光學器件形成的光學圖像。對象obj1還可以被稱為目標。還可以例如直接從光源、通過對從光源獲得的光進行反射、通過對從光源獲得的光進行透射而提供光lb1。光源可包括例如白熾燈、黑體輻射器、發出紅外光的熱棒、滷鎢燈、螢光燈或發光二極體。
分光儀500可包括控制單元cnt1。控制單元可包括一個或多個數據處理器。分光儀可提供表示鏡間隙dfp的控制信號sd。在一個實施方案中，控制單元cnt1可提供控制信號sd並根據控制信號sd來控制鏡間隙。例如，分光儀500可包括驅動單元142，其可布置成將數字控制信號sd轉換成電壓信號vab。電壓信號vab可以耦合到例如靜電致動器或壓電致動器上，從而調節鏡間隙dfp。驅動單元142可以將數位訊號sd轉換成適於驅動致動器140的模擬信號vab。
在一個實施方案中，可通過利用傳感器來提供控制信號sd。幹涉儀可包括例如用於監控鏡間隙dfp的電容傳感器150(圖7)。電容傳感器150可布置成通過監控鏡間隙dfp來提供控制信號sd。控制信號sd可用作例如表示鏡間距dfp的反饋信號。
在一個實施方案中，可通過對耦合至幹涉儀100的可變電壓信號vab進行監控，來提供控制信號sd。例如，控制信號sd可與耦合至致動器140的電壓信號vab成比例。
分光儀500可選擇性地包括例如用於將光集中到探測器det1中的光集中鏡片300。鏡片300可包括例如一個或多個折射型透鏡和/或一個或多個反射面(例如拋物面反射鏡)。鏡片300可位於例如幹涉儀100與探測器det1之間。鏡片300的一個或多個部件可位於幹涉儀100的前方。在一個實施方案中，陷波濾波器60也可位於幹涉儀100與探測器det1之間。
探測器det1可以布置成提供探測器信號sdet1，探測器信號sdet1可以表示照射到探測器det1上的光lb3的強度i3。探測器det1可以將照射到探測器det1上的光lb3的強度i3轉換成探測器信號值sdet1。
探測器det1可以例如在紫外、可見和/或紅外區域內是感光的。分光儀500可以布置成例如在紫外、可見和/或紅外區域內測量光譜強度。探測器det1可以是成像探測器或非成像探測器。可以根據分光儀500的探測範圍來選擇探測器det1。例如，探測器可包括例如矽光電二極體。探測器可包括p-n結。探測器可以是熱電探測器。探測器可以是輻射熱測定器。探測器可包括熱電偶。探測器可包括熱電堆。探測器可以是銦砷化鎵(ingaas)光電二極體。探測器可以是鍺光電二極體。探測器可以是硒化鉛(pbse)光導探測器。探測器可以是銻化銦(insb)光導探測器。探測器可以是砷化銦(inas)光電探測器。探測器可以是矽化鉑(ptsi)光電探測器。探測器可以是銻化銦(insb)光電二極體。探測器可以是碲鎘汞(mct,hgcdte)光導探測器。探測器可以是碲鋅汞(mzt,hgznte)光導探測器。探測器可以是鉭酸鋰(litao3)熱電探測器。探測器可以是硫酸三甘肽(tgs和dtgs)熱電探測器。探測器可包括cmos探測器陣列的一個或多個像素。探測器可包括ccd探測器陣列的一個或多個像素。
分光儀500可包括用於存儲強度標定數據cpar1的存儲器mem4。可通過使用強度標定數據cpar1來從探測器信號sdet1確定光lb1的一個或多個強度值i1。強度標定數據cpar1可包括例如回歸函數的一個或多個參數，其允許從探測器信號值sdet1來確定光lb1的強度值i1。
每個確定的強度值i1可以與控制信號sd的數值相關聯，並且確定的強度值i1可以與基於所述控制信號值sd和光譜標定數據λcal(sd)的光譜位置λ相關聯。
法布裡-珀羅幹涉儀的操作溫度的改變、幹涉儀的使用壽命(即，老化)、加速度衝擊和/或化學腐蝕可能會對分光儀的光譜精確度產生不利影響，使得通過利用標定數據λcal(sd)確定的光譜位置可能會大體偏離真實的光譜位置。可通過利用陷波濾波器60來提高幹涉儀的光譜標度的穩定性。
可通過以下方法來確定和/或驗證光譜標定數據λcal(sd)，其包括：
-通過採用陷波濾波器(60)對輸入光(lb1)進行濾波形成光譜陷波(nc2)，使得光譜陷波(nc2)對應於陷波濾波器(60)的透射率陷波(nc1)，
-改變法布裡-珀羅幹涉儀(100)的鏡間隙(dfp)，並且提供表示鏡間隙(dfp)的控制信號(sd)，
-當幹涉儀(100)的透射峰(pfp,k)與光譜陷波(nc2)大體吻合時，對穿過陷波濾波器(60)和法布裡-珀羅幹涉儀(100)透射的光(lb3)的強度進行分析，從而確定與第一鏡間隙值(dfp)相關聯的第一控制信號值(sn1)，
-在第一控制信號值(sn1)與透射率陷波(nc1)的第一光譜位置(λn1)之間形成第一關聯關係(λn1,sn1)，以及
-基於第一關聯關係(λn1,sn1)確定和/或驗證幹涉儀(100)的光譜標定數據(λcal(sd))。
可通過改變鏡間隙dfp並且通過記錄作為控制信號sd的函數的探測器信號值sdet1來測量光譜分布m(sd)。測量的光譜分布m(sd)可提供作為控制信號sd的函數的探測器信號值sdet1。可通過對分布m(sd)進行分析來分析透射光lb3的強度。
第一關聯關係(λn1,sn1)還可被稱為例如第一信號值sn1與透射率陷波(nc1)的第一光譜位置(λn1)之間的關係。第一關聯關係(λn1,sn1)可通過例如數據對(λn1,sn1)來被指定。分光儀500可包括用於存儲參考數據rdata1的存儲器mem2，其可限定一個或多個關聯關係(λn1,sn1)。數據rdata1可包括關於陷波濾波器的光譜透射率函數tn(λ)的信息。
每個測量的探測器信號值sdet1可以與控制信號sd的數值相關聯，並且探測器信號值sdet1可以與基於控制信號值sd和光譜標定數據λcal(sd)的光譜位置λ相關聯。
分光儀500可包括用於存儲光譜標定數據λcal(sd)的存儲器mem3。光譜標定數據λcal(sd)可包括例如回歸函數的一個或多個參數，其允許確定光譜位置λ與探測器信號值sdet1的關係。
分光儀500可布置成通過使用光譜標定數據λcal(sd)來從控制信號值sd確定光譜位置λ。分光儀500可包括用於存儲電腦程式prog1的存儲器mem5。電腦程式prog1可配置成當其由一個或多個數據處理器(例如cnt1)執行時，通過使用光譜標定數據λcal(sd)來從控制信號值sd確定光譜位置λ。
分光儀500可布置成從探測器det1獲得探測器信號值sdet1，並且布置成通過使用強度標定數據cpar1從探測器信號值sdet1來確定強度值i1。電腦程式prog1可配置成當其由一個或多個數據處理器(例如cnt1)執行時，從探測器det1獲得探測器信號值sdet1，並且通過使用強度標定數據cpar1來從探測器信號值sdet1確定強度值i1。
電腦程式prog1可配置成當其由一個或多個數據處理器(例如cnt1)執行時，通過以下步驟來確定標定數據λcal(sd)：
-改變法布裡-珀羅幹涉儀(100)的鏡間隙(dfp)，
-提供表示鏡間隙(dfp)的控制信號(sd)，
-當幹涉儀(100)的透射峰(pfp,k)與光譜陷波(nc2)大體吻合時，對穿過陷波濾波器(60)和法布裡-珀羅幹涉儀(100)透射的光(lb3)的強度進行分析，從而確定與第一鏡間隙(dfp)相關聯的第一控制信號值(sn1)，
-在第一控制信號值(sn1)與透射率陷波(nc1)的第一光譜位置(λn1)之間形成第一關聯關係(λn1,sn1)，以及
-基於第一關聯關係(λn1,sn1)確定幹涉儀(100)的光譜標定數據(λcal(sd))。
分光儀500可選擇性地包括用於存儲光譜數據xs(λ)的存儲器mem1。光譜數據xs(λ)可包括例如根據光譜位置λ的函數i1(λ)確定的強度值i1。光譜數據xs(λ)可包括例如根據光譜位置λ的函數sdet1(λ)確定的探測器信號值sdet1。光譜數據xs(λ)可以是標定的測量的光譜強度分布。
分光儀500可選擇性地包括用戶界面usr1，例如用於顯示信息和/或用於接收指令。用戶界面usr1可包括例如顯示器、鍵盤和/或觸控螢幕。
分光儀500可以實現為單個物理單元或分立單元的組合。在一個實施方案中，幹涉儀100、以及單元cnt1、mem1、mem3、mem4、mem5、usr1、rxtx1可以在相同的外殼內實施。在一個實施方案中，分光儀500可布置成與遠程數據處理單元(例如與遠程伺服器)進行探測器信號sdet1和控制信號sd的通信。可以通過遠程數據處理單元從控制信號sd確定光譜位置λ。
分光儀500可以實現為單個物理單元或分立單元的組合。在一個實施方案中，幹涉儀100、以及單元cnt1、mem1、mem3、mem4、mem5、usr1、rxtx1可以在相同的外殼內實施。在一個實施方案中，分光儀500可布置成使探測器信號sdet1和控制信號sd與遠程數據處理單元通信，例如與遠程伺服器通信。可以通過遠程數據處理單元從控制信號sd確定光譜位置λ。
分光儀500可包括一個或多個帶寬限制濾波器，以限定分光儀500的探測帶δλpb。帶寬限制濾波器可限制探測器det1的光譜響應。濾波器可位於幹涉儀100的前方和/或後方。帶寬限制濾波器可與陷波濾波器60結合。特別是，陷波濾波器60也可布置成提供帶寬限制功能。
分光儀500可選擇性地包括例如透鏡和/或孔230，其布置成限制通過幹涉儀100向探測器det1透射的光lb3的散度，從而提供透射峰pfp,k的窄帶寬δλfp。例如，光lb3的散度可以限制至例如小於或等於10度。當使用光集中鏡片300時，有助於光譜測量的光lb3的散度還可由探測器det1的尺寸進行限制。
分光儀500可選擇性地包括用於監控陷波濾波器60的操作溫度top的溫度傳感器61。可將關於操作溫度top的信息例如通過利用溫度信號stemp而通信給控制單元cnt1。
sx、sy和sz表示正交方向。光lb2大體上可以在方向sz上傳播。幹涉儀的鏡110、120可以平行於由方向sx和sy限定的平面。圖1中僅顯示了方向sz和sy。
圖2a以示例的方式顯示了法布裡-珀羅幹涉儀100的光譜透射率tfp(λ)，以及從對象obj1接收到的光lb1的光譜b(λ)。幹涉儀100的光譜透射率tfp(λ)在各個光譜位置λfp,k-1、λfp,k、λfp,k+1處可具有多個透射峰pfp,k-1、pfp,k、pfp,k+1。分光儀500可布置成探測由預定的峰pfp,k透射的光lb3。可以通過改變鏡間隙dfp來調節透射峰pfp,k的光譜位置λfp,k。
分光儀500的探測帶δλρβ例如可通過濾波器60來限定。分光儀500可布置成操作使得分光儀500對其波長在探測範圍δλρβ之外的光譜分量大體上是不敏感的。濾波器60可布置成拒絕波長比第一截止值λcut1短的光譜分量，並且濾波器60可布置成拒絕波長比第二截止值λcut2長的光譜分量。濾波器60例如可通過利用多層電介質塗層來實施。濾波器60可以阻止波長在探測帶δλρβ之外的光譜分量到達探測器det1。可以根據幹涉儀100的透射峰pfp,k的光譜位置λfp,k來選擇截止限值λcut1、λcut2，以使得只有在探測範圍δλρβ內的光譜分量才能夠傳播到探測器det1。可以選擇截止限值λcut1、λcut2，以使得與其他透射峰λfp,k-1、λfp,k+1重疊的光譜分量不會傳播到探測器det1。幹涉儀100的相鄰峰pfp,k、pfp,k+1由自由光譜範圍δλfsr,fp分隔開。可以選擇截止限值λcut1、λcut2，以使得分光儀500的探測範圍δλρβ比自由光譜範圍δλfsr,fp更窄。也可以通過利用分光儀的探測器det1和/或其他光學部件的光譜選擇性來拒絕波長在探測範圍δλρβ之外的光譜分量。
例如，分光儀500的探測範圍的截止波長λcut1、λcut2可以例如在780nm至15000nm的範圍內。特別是，分光儀500的探測範圍可以在近紅外線範圍內(780nm至3000nm)。
i2(λ)表示照射在幹涉儀100上的光lb2的光譜強度，並且i3(λ)表示透射穿過幹涉儀100的光lb3的光譜強度。透射率tfp(λ)表示比值i3(λ)/i2(λ)。
圖2a的最低處的曲線顯示了從對象obj1接收到的光lb1的輸入光譜b(λ)。輸入光譜b(λ)還可被稱作是輸入光lb1的光譜強度分布i1(λ)。光譜b(λ)可具有最大值bmax。峰pfp,k的光譜透射率可具有最大值tfp,max。輸入光譜b(λ)的最大值bmax例如可以在光譜位置λx1處獲得。
當測量光譜b(λ)的強度值i1時，分光儀500可提供作為控制信號值sd的函數m(sd)的探測器信號值sdet1。對所述函數的分析可透露出例如最大值bmax與控制信號值sx1相關聯。隨後可通過利用標定數據λcal(sd)來確定對應於控制信號值sx1的光譜位置λx1。
可通過利用陷波濾波器60來確定和/或驗證標定數據λcal(sd)。
圖2b以示例的方式顯示了陷波濾波器60的光譜透射率tn(λ)。光譜透射率tn(λ)可具有透射率陷波nc1。透射率陷波nc1在光譜位置λn1處可具有第一邊緣edge1。透射率陷波nc1在光譜位置λn2處可具有第二邊緣edge2。在位置λn1和λn2之間的最小光譜透射率tmin可例如小於陷波濾波器60的最大光譜透射率tmax的50％。在位置λn1和λn2之間的最小光譜透射率tmin可例如小於陷波濾波器60的最大光譜透射率tmax的10％。
透射率陷波nc1可具有光譜寬度δλfwhm,nc1。光譜寬度δλfwhm,nc1可限定為位置λn1和λn2之間的光譜分離。在這種情況下，首字母縮略詞fwhm表示半峰全寬。光譜位置λn1和λn2可表示光譜透射率tnc1(λ)達到了等於數值0.5·(tmax+tmin)的數值的位置。光譜寬度δλfwhm,nc1可表示由譜點限定的全譜寬度，光譜透射率tnc1(λ)在譜點處達到了等於數值0.5·(tmax+tmin)的數值。
陷波nc1的光譜寬度δλfwhm,nc1可例如小於分光儀500的探測範圍δλpb的光譜寬度的10％。陷波nc1的光譜寬度δλfwhm,nc1可例如小於20nm。
如果最小光譜透射率tmin非常低，則這可能會導致光譜信息的丟失。在那種情況下，可能會丟失波長λn1,λn2之間的光譜信息。
圖2c以示例的方式顯示了陷波濾波器60的光譜透射率tn(λ)，其中最小光譜透射率tmin大於或等於最大光譜透射率tmax的10％。例如，最小光譜透射率tmin可以例如是在最大光譜透射率tmax的10％至80％的範圍內。因此，可以在波長λn1和λn2之間避免出現光譜信息的丟失。
圖2d以示例的方式顯示了可通過採用圖2b的陷波濾波器60對輸入光lb1進行濾波而提供的濾波後的光譜c(λ)。光譜c(λ)可具有最大值cmax。
圖2e示出了陷波濾波器60對穿過陷波濾波器60透射的光lb2的光譜的影響。照射在陷波濾波器60上的輸入光lb1可具有輸入光譜b(λ)，並且穿過陷波濾波器60透射的濾波後的光lb2可具有濾波後的光譜c(λ)。陷波濾波器60可通過對輸入光lb1進行濾波而提供濾波後的光lb2。可以使輸入光譜b(λ)與陷波濾波器60的透射率tn(λ)相乘而獲得濾波後的光譜c(λ)：
c(λ)＝tn(λ)·b(λ)(1)
圖2e的最高處的曲線顯示了陷波濾波器60的光譜透射率tn(λ)。透射率tn(λ)具有透射率陷波nc1，其可具有第一光譜位置λn1和第二光譜位置λn2。可以獲知高精確度的位置λn1和λn2。
透射率陷波nc1的光譜位置還可例如通過表示陷波nc1的中心位置的單個波長來指定。
圖2e的從高處數的第二條曲線顯示了從對象obj1接收到的輸入光lb1的輸入光譜b(λ)。光lb1可以例如是從對象obj1反射出的、由對象obj1發出的和/或穿過對象obj1透射出的。圖2e的從高處數的第三條曲線顯示了濾波後的光譜c(λ)，其是通過採用陷波濾波器60對輸入光譜b(λ)進行濾波後形成的。濾波後的光譜可表示為光譜位置λ的函數c(λ)。濾波後的光譜c(λ)在位置λn1和λn2處可具有光譜陷波nc2。可通過使輸入光譜b(λ)與在透射率陷波nc1附近的透射率tn(λ)相乘來形成光譜陷波nc2。
圖2e的最低處的曲線顯示了測量的光譜強度分布m(sd)。可通過在濾波後的光譜c(λ)上掃描來測量分布m(sd)。可通過改變鏡間隙dfp並且通過記錄作為控制信號sd的函數的探測器信號值sdet1來測量分布m(sd)。濾波後的光譜c(λ)的光譜陷波nc2可由測量的分布m(sd)的陷波nc2'來代表。濾波後的陷波nc2的測量的光譜強度分布m(sd)可具有對應於濾波後的光譜c(λ)的光譜陷波nc2的陷波nc2'。
可通過掃描幹涉儀100來測量分布m(sd)。可在不同的時刻掃描光譜不同的部分。分布m(sd)可代表濾波後的光的時間平均的光譜。分布m(sd)不需要代表穿過陷波濾波器透射的光的瞬時光譜。
當驗證/確定光譜標定數據時，不需要掃描從λcut1到λcut2的整個光譜範圍。當驗證/確定光譜標定數據時，掃描比陷波nc2略寬的光譜範圍可能就足夠了。當驗證/確定光譜標定數據時，所述方法可包括測量光譜陷波nc2的光譜強度分布m(sd)。
可通過改變鏡間隙dfp來對法布裡-珀羅幹涉儀100的透射峰pfp,k的光譜位置進行掃描。可提供控制信號sd以使得控制信號sd代表鏡間隙dfp。可通過改變控制信號sd的數值來對法布裡-珀羅幹涉儀100的透射峰pfp,k的光譜位置進行掃描。可對作為控制信號sd的函數的探測器信號sdet1進行監控，從而探測陷波nc2、nc2'的邊緣。
當法布裡-珀羅幹涉儀100的控制信號sd等於第一標記值sn1時，透射峰pfp,k的光譜位置可與光譜陷波nc2的第一邊緣吻合。當法布裡-珀羅幹涉儀100的控制信號sd等於第二標記值sn2時，透射峰pfp,k的光譜位置可與光譜陷波nc2的第二邊緣吻合。可通過掃描法布裡-珀羅幹涉儀100並且通過對探測器信號sdet1進行分析，來確定標記值sn1、sn2。可通過改變控制信號sd，測量作為控制信號sd的函數的分布m(sd)的強度值(i3或sdet1)，並且通過確定與分布m(sd)的陷波nc2'相關聯的控制信號值sn1，來確定標記值sn1、sn2。
在一個實施方案中，只有所述標記值sn1、sn2的差值大體對應於陷波nc1的光譜寬度δλfwhm,nc1，標記值sn1、sn2才可以是合格的。
所述方法可選擇性地包括：
-校驗第一標記值sn1是否為第一預定範圍，
-校驗第二標記值sn2是否為第二預定範圍，以及
-校驗第二標記值sn2與第一標記值sn1之間的差值是否在第三預定範圍內。
可通過利用標定函數scal,d(λ)或λcal(sd)來從測量的分布m(sd)大體確定標定的光譜強度分布m(sd,cal(λ))。可通過使測量的分布m(sd)與透射率函數tn(λ)相匹配，來確定和/或驗證標定函數scal,d(λ)和/或λcal(sd)。可通過利用測量的分布m(sd)的標記值sn1、sn2以及陷波濾波器60的透射率陷波nc1的精確已知的波長λn1和λn2，來確定和/或驗證標定函數scal,d(λ)和/或λcal(sd)。標記值sn1、sn2可用於確定標定函數scal,d(λ)和/或λcal(sd)。
探測帶δλpb的限值λcut1、λcut2可選擇性地用於提供附加的標記值sc1、sc2。
用於確定標定函數λcal(sd)的數據對(λn1,sn1)、(λn2,sn2)、(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)可通過以下方式獲得：
-從測量的分布m(sd)確定一個或多個標記值sn1,sn2,…，以及
-通過使每個標記值sn1,sn2,…與由濾波器60的光譜透射率tn(λ)的光譜特徵限定的相應的光譜位置λn1、λn2、λcut1、λcut2相關聯，來形成數據對(λn1,sn1)、(λn2,sn2)、(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)。
可通過利用一個或多個數據對(λn1,sn1)、(λn2,sn2)、(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)來提高和/或校驗標定函數λcal(sd)的精確度。可通過利用一個或多個數據對(λn1,sn1)、(λn2,sn2)、(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)來確定修正的標定函數λcal(sd)。標定函數λcal(sd)可例如存儲在分光儀的存儲器mem3中。
圖2e的濾波後的光譜c(λ)可代表穿過陷波濾波器60透射的光lb2的光譜。在一個實施方案中，輸入光lb1的第一部分可通過陷波濾波器60耦合至幹涉儀，並且輸入光的第二部分不需要穿過陷波濾波器60即可同步耦合至幹涉儀100。例如，濾波器60可覆蓋小於幹涉儀100的孔的橫截面的100％。例如，輸入光lb1可以通過利用分束器被分為第一部分和第二部分，其中第一部分可穿過濾波器60耦合至幹涉儀100，並且第二部分不穿過濾波器60耦合至幹涉儀100。分光儀500可包括例如用於引導第一部分和/或第二部分的光導纖維、光學稜鏡和/或光學鏡。因此，光譜cl(λ)可具有界限清楚的濾波後的陷波nc2，而不會引起波長λn1、λn2.之間的強度數據的重大損失。可例如通過使標定的測量的光譜強度分布m(sd,cal(λ))除以陷波濾波器50的光譜透射率tn(λ)，來補償陷波濾波器的濾波效果。
參照圖2f，對於精確確定標記值來說，輸入光lb1的強度有時可能過低，和/或輸入光lb1的光譜的光譜特徵有可能會影響標記值的精確確定。在所述標記值sn1、sn2用於確定光譜標度之前，可以校驗標記值sn1、sn2的有效性。所述方法可包括校驗標記值sn1、sn2的有效性。所述方法可包括當一個或兩個標記值sn1、sn2無效時提供指示。如果出現無效的標記值sn1、sn2，則分光儀可例如顯示出表示無法適當確定和/或驗證光譜標度的報警信息。
可從探測器信號sdet1確定濾波後的光lb2的光譜強度i2。例如，濾波後的光lb2的光譜強度i2可以與探測器信號sdet1大體成比例。可例如通過利用強度標定數據來從探測器信號sdet1確定光譜強度i2。
當控制信號sd等於第一標記值sn1時，m(sn1)可表示探測器信號sdet1的量級。當控制信號sd等於第二標記值sn2時，m(sn2)可表示探測器信號sdet1的量級。當控制信號sd等於第一輔助值sn1l時，m(sn1l)可表示探測器信號sdet1的量級。當控制信號sd等於第二輔助值sn2r時，m(sn2r)可表示探測器信號sdet1的量級。mmax可表示探測器信號sdet1的最大值。
可選擇輔助值sn1l使得數值m(sn1l)代表在陷波nc2'的第一側剛剛超出濾波後的陷波nc2的濾波後的光譜i2。例如差值sn1-sn1l可等於預定值δs。預定值δs可例如在差值sc2-sc1的1％至5％的範圍內。
可選擇輔助值sn2r使得數值m(sn2r)代表在陷波nc2'的第二側剛剛超出濾波後的陷波nc2的濾波後的光譜i2。例如差值sn2r-sn2可等於預定值δs。預定值δs可例如在差值sc2-sc1的1％至5％的範圍內。
所述方法可包括執行用於確定標記值sn1的有效性的一個或多個有效性檢驗。在一個實施方案中，如果根據至少一個已執行的有效性檢驗將標記值sn1分類為無效，那麼可確定標記值sn1是無效的。如果根據所有已執行的有效性檢驗將標記值sn1分類為有效，那麼可確定標記值sn1是有效的。標記值sn1根據有效性檢驗可被分類為是有效的，當根據該檢驗未將標記值sn1分類為無效時。
例如，所述方法可包括執行有效性檢驗，其中如果數值m(sn1l)小於預定值，則第一標記值sn1被分類為無效。如果數值m(sn1l)小於例如最大值mmax的5％，則第一標記值sn1可被分類為無效。
例如，所述方法可包括執行有效性檢驗，其中如果數值m(sn2r)小於預定值，則第二標記值sn2被分類為無效。如果數值m(sn2r)小於例如最大值mmax的5％，則第二標記值sn2可被分類為無效。
例如，所述方法可包括執行有效性檢驗，其中如果差值m(sn2r)-m(sn1l)的絕對值大於預定值，則第一標記值sn1被分類為無效。如果差值m(sn2r)-m(sn1l)的絕對值大於例如最大值mmax的10％，則第一標記值sn1可被分類為無效。
例如，所述方法可包括執行有效性檢驗，其中如果差值sn2-sn1不在預定的範圍內，則標記值sn1被分類為無效。
圖2g顯示了從圖2e的測量的光譜強度分布m(sd)確定標定的測量的光譜xs(λ)。圖2g中的最高處的曲線顯示了測量的光譜強度分布m(sd)，其可通過改變鏡間隙dfp以及通過記錄作為控制信號sd的函數的探測器信號值sdet1來獲得。圖2g中的從高處數的第二條曲線顯示了通過利用標定函數λcal(sd)和/或sd,cal(λ)從分布m(sd)確定的標定的光譜強度分布m(sd,cal(λ))。可通過利用強度標定數據cpar1來從測量的分布m(sd,cal(λ))確定光譜xs(λ)。可通過利用強度標定數據cpar1來從探測器信號值sdet1確定標定的強度值。可通過利用強度標定數據cpar1將探測器信號值轉換成標定的強度值，來獲得標定的測量的光譜xs(λ)。標定的測量的光譜xs(λ)可代表輸入光lb1的光譜b(λ)。輸入光lb1的標定的測量的光譜xs(λ)可代表對象obj1的光譜。
參照圖3a，可通過在濾波後的光lb2的光譜c(λ)上對幹涉儀100的透射峰pfp,k進行掃描，來確定幹涉儀100的光譜標度。可通過在光譜c(λ)的光譜陷波nc2上對幹涉儀100的透射峰pfp,k進行掃描，來確定幹涉儀100的光譜標度。可通過在濾波後的光lb2的光譜c(λ)上對幹涉儀100的透射峰pfp,k進行掃描，來確定和/或驗證光譜標度。可例如通過採用陷波濾波器60對寬頻帶的光lb1進行濾波，來提供濾波後的光lb2。
在掃描過程中，可改變幹涉儀100的鏡間隙dfp，以使得控制信號sd表示鏡間隙dfp。特別是，可根據控制信號sd來改變鏡間隙dfp。例如，可通過將控制信號sd轉換成耦合至幹涉儀100的致動器140的驅動電壓，來對鏡間隙dfp進行調節。備選地，可例如通過可用於提供控制信號sd的電容傳感器150，來對鏡間隙dfp進行監控(圖7)。
陷波濾波器60和法布裡-珀羅幹涉儀100的組合透射率可以與照射在探測器det1上的光lb3的強度i3成比例。可通過對照射在探測器det1上的光lb3的強度i3進行監控，來分析組合透射率。探測器det1的探測器信號sdet1可表示照射在探測器det1上的光lb3的強度i3。
可改變鏡間隙dfp並且可分析探測器信號sdet1，從而當幹涉儀100的透射峰pfp,k與濾波後的陷波nc2的第一邊緣大體吻合時，確定與第一鏡間隙dfp相關聯的第一控制信號值sn1。
可改變鏡間隙dfp並且可分析探測器信號sdet1，從而當幹涉儀100的透射峰pfp,k與濾波後的陷波nc2的第二邊緣大體吻合時，確定與第二鏡間隙dfp相關聯的第二控制信號值sn2。
光譜位置λn1與第一控制信號值sn1可以是相關聯的，以形成第一對(λn1,sn1)。光譜位置λn2與第二控制信號值sn2可以是相關聯的，以形成第二對(λn2,sn2)。可通過利用第一對(λn1,sn1)和第二對(λn2,sn2)來確定和/或驗證幹涉儀(100)的光譜標定數據scal,d(λ)。可基於探測帶δλpb的邊緣的光譜位置來形成其他對(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)、…。還可通過利用其他對(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)來確定和/或驗證幹涉儀(100)的光譜標定數據scal,d(λ)。
在一個實施方案中，標定函數可取決於幹涉儀100的操作溫度。可針對幹涉儀100的不同的操作溫度來確定光譜標定數據scal,d(λ)。可確定在幹涉儀100的第一操作溫度t1下使用的第一光譜標定數據scal,d,t1(λ)。可確定在幹涉儀100的第二操作溫度t2下使用的第二光譜標定數據scal,d,t2(λ)。
在一個實施方案中，分光儀500可布置成操作成使得陷波濾波器的操作溫度top接近於幹涉儀100的操作溫度。在操作分光儀500的過程中，陷波濾波器60的操作溫度top與幹涉儀100的操作溫度之間的差值可保持為例如小於3℃。分光儀500可選擇性地包括用於監控幹涉儀100的操作溫度的溫度傳感器。分光儀500可選擇性地包括用於監控陷波濾波器60的操作溫度top的溫度傳感器61。
在一個實施方案中，陷波濾波器60的操作溫度top可大體偏離幹涉儀100的操作溫度。在那種情況下，可通過考慮陷波濾波器60的操作溫度top，來從控制信號值sd確定光譜位置。標定函數λcal(sd)可取決於陷波濾波器60的操作溫度top。陷波濾波器60的操作溫度top可以是標定函數λcal(sd)的輸入變量。
可通過監控陷波濾波器60的操作溫度top，並且通過由陷波濾波器60的操作溫度top計算得出光譜位置λn1、λn2的溫度誘導的光譜移位，來確定標定函數λcal(sd)。因此，針對陷波濾波器的第一操作溫度top而確定的第一標定函數λcal(sd)，與針對陷波濾波器的第二操作溫度top而確定的第二標定函數λcal(sd)可以是不同的。
所述方法可包括在陷波濾波器(60)的第一操作溫度top下確定第一光譜標定數據λcal(sd)，並在陷波濾波器(60)的第二操作溫度top下確定第二光譜標定數據λcal(sd)，其中第二光譜標定數據與第一光譜標定數據可以是不同的。
在探測帶δλpb的較短波長處的由溫度變化導致的光譜偏差，可能會大於在探測帶δλpb的較長波長處的由溫度變化導致的光譜偏差。透射率陷波nc1可例如大體位於探測帶δλpb的中間或位於探測帶δλpb的較短波長處。波長λn1與λcut1之間的差值可例如在探測帶δλpb的光譜寬度的5％至50％的範圍內。
光譜位置λ與對應的控制信號值sd(λ)之間的關係可例如由標定函數λcal(sd)和/或標定函數scal,d(λ)來表示。標定函數scal,d(λ)可以是標定函數λcal(sd)的反函數。函數scal,d(λ)還可被稱為例如標記信號函數。圖3a中顯示了函數scal,d(λ)的示例，並且圖3b中顯示了函數λcal(sd)的示例。
可例如通過將回歸函數擬合到多個數據點來確定標定函數λcal(sd)和/或scal,d(λ)。標定函數λcal(sd)和/或scal,d(λ)可以例如是多項式函數。標定函數λcal(sd)可以例如是三階多項式函數。可例如通過將回歸函數擬合到數據對(λn1,sn1)來驗證標定函數λcal(sd)和/或scal,d(λ)。可例如通過將回歸函數擬合到數據對(λn1,sn1)、(λn2,sn2)、(λcut1,sc1)、(λcut2,sc2)，來確定和/或驗證標定函數λcal(sd)和/或scal,d(λ)。
在一個實施方案中，即使僅利用光譜陷波nc2的一個邊緣，陷波濾波器60也可以在線穩定法布裡-珀羅幹涉儀。在那種情況下，可例如通過將回歸函數擬合到單個數據點(λn1,sn1)或(λn2,sn2)，來確定標定函數λcal(sd)和/或scal,d(λ)。
可通過利用標定函數λcal(sd)，來確定與控制信號sd的數值sx1對應的光譜位置λx1。例如，可當控制信號sd等於數值sx1時，獲得測量的分布m(sd)的最大值mmax。可通過利用標定函數λcal(sd)(其已經通過利用光譜陷波nc2確定和/或驗證過了)，來從控制信號值sx1確定輸入光譜b(λ)的峰的精確的光譜位置λx1。
返回參照圖2e，任意的控制信號值sx2都可以與探測器信號值m(sx2)相關聯。可通過利用標定函數λcal(sd)來確定與控制信號sd的數值sx2對應的光譜位置λx2。因此，可通過利用標定函數λcal(sd)，其中sd＝sx2，來使測量的分布m(sd)的探測器信號值m(sx2)與對應的光譜位置λx2相關聯。i1(λx2)表示輸入光lb1在光譜位置λx2處的強度。i2(λx2)表示濾波後的光lb2在光譜位置λx2處的強度。
控制信號值sx1、sx2可以與標記值sc1、sn1、sn2和sc2不同。
限定了標定函數λcal(sd)的標定數據可存儲在分光儀500的存儲器mem3中和/或存儲在資料庫伺服器的存儲器中。標定數據可包括例如對應標定函數λcal(sd)的查找表。標定數據可包括例如限定了多項式標定函數λcal(sd)的參數。
當需要時，標定數據可以從存儲器中恢復。標定數據可以用於確定針對測量的光譜的光譜標度。標定數據可以被確定和/或驗證。確定的標定數據可以選擇性地存儲在分光儀500的存儲器mem3中和/或存儲在資料庫伺服器的存儲器中。可通過修改先前的標定數據來確定標定數據。修改後的標定數據可以再次選擇性地存儲在分光儀500的存儲器mem3中和/或存儲在資料庫伺服器的存儲器中。
可以確定在幹涉儀100的第一操作溫度t1下使用的第一標定數據λcal,t1(sd)。可以確定在幹涉儀100的第二操作溫度t2下使用的第二標定數據λcal,t2(sd)。
使用針對在第二操作溫度t2下測量的控制信號值sd的第一標定函數λcal,t1(sd)，可導致光譜誤差δλ。
可通過利用互相關分析來使測量的分布m(sd)與陷波濾波器60的光譜透射率tn(λ)相比較。可通過利用互相關來執行分布m(sd)與透射率tn(λ)的匹配。可通過相關分析來確定標定函數λcal(sd)和/或sd,cal(λ)。分布m(sd)可表示作為控制信號sd的函數的強度值。可通過利用標定函數sd,cal(λ)來從測量的分布m(sd)確定標定的分布m(sd,cal(λ))。標定的分布m(sd,cal(λ))可提供作為光譜位置λ的函數的強度值。標定函數sd,cal(λ)可以是具有一個或多個可調節的參數的回歸函數。例如，標定函數sd,cal(λ)可以是多項式函數，並且可調節的參數可以是多項式函數的項的係數。
標定的分布m(sd,cal(λ))與透射率函數tn(λ)的互相關可提供表示標定的分布m(sd,cal(λ))與透射率函數tn(λ)之間的相似度的數值。可通過調節回歸函數sd,cal(λ)的一個或多個參數，並且計算標定的分布m(sd,cal(λ))與透射率函數tn(λ)的互相關，來確定標定函數λcal(sd)和/或sd,cal(λ)。可以調節回歸函數的一個或多個參數，直至標定的分布m(sd,cal(λ))與透射率函數tn(λ)的互相關達到最大值。當標定的分布m(sd,cal(λ))的陷波nc2'的光譜位置與透射率函數tn(λ)的陷波nc1大體吻合時，互相關可達到最大值。
陷波濾波器60的輔助的透射率函數tn(λcal(sd))可提供作為控制信號sd的函數的陷波濾波器60的透射率。標定函數λcal(sd)可以表示為具有一個或多個可調節的參數的回歸函數。可以調節回歸函數的一個或多個參數，直至測量的分布m(sd)與輔助的透射率函數tn(λcal(sd))的互相關達到最大值。
所述方法可包括：
-提供回歸函數sd,cal(λ)或(λcal(sd)，
-通過利用回歸函數來從測量的光譜強度分布(m(sd))確定標定的光譜強度分布(m(sd,cal(λ))，以及
-確定回歸函數(sd,cal(λ))的一個或多個參數，以使得標定的光譜強度分布(m(sd,cal(λ))與陷波濾波器60的光譜透射率函數(te,max)的互相關達到最大值。
所述方法可包括：
-提供回歸函數sd,cal(λ)或(λcal(sd)，
-通過利用回歸函數來從陷波濾波器60的光譜透射率(tn(λ))確定輔助的透射率(tn(λcal(sd))，以及
-確定回歸函數(λcal(sd))的一個或多個參數，以使得分布(m(sd))與輔助的透射率(tn(λcal(sd))的互相關達到最大值。
在一個實施方案中，可通過校驗互相關的最大值是否高於或等於預定限值，來驗證標定函數λcal(sd)和/或sd,cal(λ)的精確度。如果互相關的最大值低於預定限值，則這可以表示標定函數是無效的。
圖4a顯示了適用於吸收或反射測量的裝置700。裝置700可包括分光儀500和光源單元210。光源單元210可提供照明光lb0。裝置700可布置成對對象obj1進行分析。對象obj1可以例如是容納在透明容器中的相當數量的化學物質。對象obj1可以是樣本。對象obj1可以例如是一塊材料。光源單元210可布置成對對象obj1進行照明。分光儀500可布置成接收穿過對象obj1透射的光lb1，和/或接收從對象obj1反射的光lb1。裝置700可包括陷波濾波器60。裝置還可包括單元60、100、300、det1、cnt1、mem1、mem2、mem3、mem4、mem5、rxtx1、usr1。單元60、100、300、det1、cnt1、mem1、mem2、mem3、mem4、mem5、rxtx1、usr1可以以如本說明書的其他部分所述的類似方式進行操作。
參照圖4b，光源單元210可包括光源221、以及可選地導光元件222。光源221可包括例如白熾燈、黑體輻射器、發出紅外光的熱棒、滷鎢燈、螢光燈或發光二極體。導光元件222可包括例如透鏡或拋物面反射鏡。光源單元210可布置成提供照明光lb0。照明光lb0可具有寬帶光譜。在一個實施方案中，照明光lb0可具有至少在從λcut1至λcut2的光譜範圍內大體連續的寬帶光譜。
圖5a示出了假設吸收(或反射)測量情況下，由陷波濾波器60對光進行濾波。照射在濾波器60上的輸入光lb1可具有輸入光譜b(λ)，並且穿過濾波器60透射的濾波後的光lb2可具有濾波後的光譜c(λ)。濾波器60可通過對輸入光lb1進行濾波而提供濾波後的光lb2。可通過使輸入光譜b(λ)與陷波濾波器60的透射率tn(λ)相乘，來獲得濾波後的光譜c(λ)(見式1)。
圖5a的最高處的曲線顯示了濾波器50的光譜透射率tn(λ)。圖5a的從高處數的第二條曲線顯示了輸入光譜b(λ)。輸入光譜b(λ)可以例如是吸收光譜或反射光譜。圖5a的從高處數的第三條曲線顯示了濾波後的光譜c(λ)，其是通過採用陷波濾波器60對輸入光譜b(λ)進行濾波而形成的。
圖5b的最低處的曲線顯示了測量的光譜強度分布m(sd)。可通過在濾波後的光譜c(λ)上進行掃描來測量分布m(sd)。可通過改變鏡間隙dfp來對法布裡-珀羅幹涉儀100的透射峰pfp,k的光譜位置進行掃描。可提供控制信號sd使得控制信號sd表示鏡間隙dfp。可通過改變控制信號sd的數值來對法布裡-珀羅幹涉儀100的透射峰pfp,k的光譜位置進行掃描。可對作為控制信號sd的函數的探測器信號sdet1進行監控，從而探測陷波nc2、nc2'的邊緣。
測量的分布可表示為控制信號sd的函數m(sd)。可通過使測量的分布m(sd)與透射率函數tn(λ)相比較，來確定和/或驗證分布函數λcal(sd)。可通過利用測量的分布m(sd)的標記值sn1、sn2、sc1、…，並且通過利用透射率函數tn(λ)的精確已知的波長λn1、λn2、λcut1、λcut2，來確定和/或校驗標定函數λcal(sd)。
圖5b顯示了從圖5a的測量的光譜強度分布m(sd)形成了測量的吸收光譜i1(λ)/i0(λ)。圖5b的最高處的曲線顯示了測量的光譜強度分布m(sd)，其可通過改變鏡間隙dfp以及通過記錄作為控制信號sd的函數的探測器信號值sdet1來獲得。圖5b中的從高處數的第二條曲線顯示了通過利用標定函數λcal(sd)和/或sd,cal(λ)來從測量的光譜強度分布m(sd)確定的標定的光譜強度分布m(sd,cal(λ))。
如果需要，可通過利用強度標定數據cpar1使探測器信號值轉換成標定的強度值來選擇性地獲得標定的測量的光譜xs(λ)。標定的測量的光譜xs(λ)可代表穿過對象obj1透射的光的光譜，或者由對象obj1反射的光的光譜。
可通過測量光譜強度分布而不需要吸收樣本obj1來獲得參考分布mref(sd,cal(λ))。參考分布mref(sd,cal(λ))可代表照明光lb0的光譜。參考分布mref(sd,cal(λ))可存儲在例如裝置700的存儲器mem4中。可通過利用參考分布mref(sd,cal(λ))，來從標定的光譜強度分布m(sd,cal(λ))確定測量的吸收光譜i1(λ)/i0(λ)。可通過使參考分布mref(sd,cal(λ))除以光譜強度分布m(sd,cal(λ))，來確定測量的吸收光譜i1(λ)/i0(λ)。
圖6以示例的方式顯示了幹涉儀100，其光學共振腔已經通過刻蝕形成。分光儀500可包括圖6中所示的幹涉儀。分光儀500可包括幹涉儀100，其光學共振腔已經通過刻蝕形成。分光儀500可包括幹涉儀100，在鏡110、120的材料層已經形成之後，幹涉儀100位於鏡110、120之間的真空區espace1已經通過刻蝕形成。
間隔部115可沉積在鏡120的頂部，鏡110的兩層或多層材料層沉積在間隔部115的頂部上，並且在鏡110的兩層或多層材料層已經沉積之後，鏡110、120之間的真空區espace1可以通過在鏡110、120之間將材料刻蝕掉而形成。
第一鏡110可具有可動部分mpor1，並且第一鏡110可被稱為例如可動鏡。可動鏡110的可動部分mpor1可相對於固定鏡120移動，從而調節鏡間隙dfp。第二鏡120可被稱為例如固定鏡。
固定鏡120可包括由基板130支撐的多層材料層。可動鏡110可由間隔層115支撐。間隔層115可形成在固定鏡120的頂部，並且可動鏡110可由間隔層115支撐。可動鏡110可包括例如材料層110a、110b、110c、110d和/或110e。固定鏡120可包括例如材料層120a、120b、120c、120d和/或120e。鏡110、120可包括多層反射塗層。鏡110、120可通過使用多層反射塗層來實施。
固定鏡120的材料層可例如通過在基板130的頂部上沉積材料和/或通過局部轉換基板130的材料而形成。在固定鏡120的材料層已經形成之後，間隔層115可沉積在固定鏡120的頂部上。在間隔層115已經沉積之後，可動部分mpor1的材料層可通過在間隔層115頂部上沉積可動鏡110的材料層而形成。鏡110、120的材料層例如可以是富矽氮化矽、多晶矽、摻雜多晶矽、二氧化矽和/或氧化鋁。所述層例如可通過利用lpcvd工藝進行沉積。lpcvd表示低壓力化學氣相沉積。基板130可以是例如單晶矽或石英玻璃。間隔層115可包括例如二氧化矽。間隔層115基本上可以由二氧化矽組成。
幹涉儀100的鏡110、120之間的真空區espace1可通過刻蝕形成。間隔層115的材料例如可通過利用氫氟酸(hf)來刻蝕掉。鏡110可包括多個用於引導氫氟酸(hf)進入到鏡110、120之間的空間中並且用於移除間隔層115的材料的多個微型孔h1。孔h1的寬度可以非常小，以至於它們不會顯著地降低幹涉儀100的光學特性。
可動部分mpor1例如可由靜電致動器140來移動。靜電致動器140可包括兩個或多個電極ga、gb。第一電極ga可具有電壓va，並且第二電極gb可具有電壓vb。當在電極ga、gb之間施加電壓差va-vb時，電極ga、gb可生成靜電吸引力f1。靜電力f1可向固定鏡120拉動可動部分mpor1。
靜電致動器140可以實施為堅固的、防震的、微型的、穩固的和/或低成本的結構。歸功於使用了用於光譜穩定性的陷波濾波器，具有靜電致動器140的幹涉儀100還可實施為不使用用於監控鏡間隙的電容傳感器。
可通過利用導體con1和接線端子n1來向電極ga施加電壓va。可通過利用導體con2和接線端子n2來向電極gb施加電壓vb。可通過可由控制單元cvt1控制的電壓源來提供電壓va、vb。可根據控制信號sd提供電壓va、vb。接線端子n1、n2可以例如是金屬的，並且導體con1、con2可以例如粘接到接線端子n1、n2上。
可動部分mpor1的孔部ap1可具有寬度w1。可動鏡110的孔部ap1可以是非常平整的，從而提供充足的光譜解析度。直接施加在孔部ap1上的靜電力的量級可維持在較低水平，從而保持孔部ap1的平整度。可通過大體為環形的圍繞固定鏡120的孔部ap2的電極gb來生成靜電力f1。鏡120可選擇性地包括中性電極gc，其可布置成減少可動鏡110的孔部ap1的變形。中性電極gc可與可動鏡110的孔部ap1大體相對。中性電極gc的電壓可保持為與電極ga的電壓va大致相等，從而減少可動鏡110的孔部ap1的變形。電極ga與gc的電壓差可保持為小於預定限值，從而減少可動鏡110的孔部ap1的變形。在一個實施方案中，中性電極gc可與電極ga例如通過利用連接部n1b進行電氣連接。環形電極gb可圍繞中性電極gc布置。電極ga和gc在幹涉儀100的操作光譜區可以是大致透明的。例如，電極ga、gb和gc可包括摻雜的多晶矽，其對於紅外光lb3可以是大致透明。
當將驅動電壓vab耦合至電極ga、gb上時，電極ga、gb可生成吸引靜電力f1。驅動電壓vab可等於電壓差va-vb。電壓例如可通過導體con1、con2和接線端子n1、n2耦合至電極ga、gb上。鏡110可以是柔性的和/或間隔部115可以是可機械壓縮的，以使得通過改變靜電力f1的量級來改變鏡間隙dfp。可通過改變驅動電壓va-vb(＝vab)來改變靜電力f1的量級。
將第一驅動電壓vab耦合至電極ga、gb上可使得將幹涉儀100的透射峰pfp,k調節到第一光譜位置(例如位置λp1)處，並且將不同的第二驅動電壓vab耦合至電極ga、gb上可使得將幹涉儀100的透射峰pfp,k調節到不同的第二光譜位置(例如位置λp2)處。
在正常運行過程中，鏡110、120之間的空間espace1可由氣體填充。然而，幹涉儀100也可在真空中運行，並且空間espace1中的氣壓可以很低。
可將通過沉積和刻蝕生產的幹涉儀100認為是具有大體的整體結構。所述幹涉儀100可以例如是抗震且小的。可動部分mpor1的質量可以是小的，並且幹涉儀100可具有高速的掃描速度。
參照圖7，分光儀500可包括具有用於監控鏡間隙dfp的距離傳感器150的幹涉儀100。距離傳感器150可以是例如電容傳感器，其包括兩個或多個電容器極板g1、g2。第一電容器極板g1可附接到第一鏡110上，並且第二電容器極板g2可附接到第二鏡120上，以使得板g1、g2之間的距離取決於鏡間隙dfp。電容器極板g1、g2可一同形成具有電容cx的電容器，以使得電容cx可取決於鏡間隙dfp。電容值cx可表示鏡間隙dfp。電容器極板g1、g2可例如通過導體cona、conb連接到電容監控單元152上。電容監控單元152可提供表示傳感器150的電容cx的信號sd。電容監控單元152可提供表示鏡間隙dfp的信號sd。
電容監控單元152可布置成例如通過以預定電流為電容傳感器150充電，並且通過測量將傳感器150充電至預定電壓的所需時間，來測量電容cx。電容監控單元152可布置成例如通過將電容傳感器150耦合成諧振電路的一部分，並且測量諧振電路的諧振頻率，來測量電容cx。電容監控單元152可布置成例如通過利用電容傳感器150反覆地向槽路電容器轉移電荷，並且對達到預定的槽路電容器電壓所需的電荷轉移周期的數量進行計數，來測量電容cx。
幹涉儀100可包括驅動單元142。驅動單元142可例如將數字驅動信號s140轉換成適用於驅動致動器140的模擬信號。驅動單元142可提供例如用於驅動靜電致動器140或用於驅動壓電致動器140的電壓信號vab。
在一個實施方案中，控制單元cnt1可配置成提供用於改變鏡間隙dfp的數字驅動信號s140，並且控制單元cnt1可布置成接收表示鏡間隙dfp的控制信號sd。
分光儀500可以例如在第一移動單元中實施。可以在第一移動單元中執行從控制信號值sd確定光譜位置λ。光譜位置例如可以根據波長或波數來表示。可以在與第一單元分離開的第二移動單元或固定單元中執行從控制信號值sd確定光譜位置λ。固定單元例如可通過網際網路在可訪問的伺服器中實施。
分光儀500可以例如用於遙感應用。分光儀500可以例如用於測量對象obj1的顏色。分光儀500可以例如用於吸收測量，其中幹涉儀100的透射峰可被調節至第一光譜位置從而與對象obj1的吸收帶相匹配，並且幹涉儀100的透射峰可被調節至第二光譜位置從而與參考帶相匹配。分光儀500可例如用於螢光測量，其中幹涉儀的透射峰的第一光譜位置可與從對象obj1發出的螢光相匹配，並且第二光譜位置可與誘發螢光的照明光相匹配。
當測量對象obj1的反射光譜時，對象obj1可由照明光進行照明。照明光可具有廣譜。在一個實施方案中，照明光的帶寬可以大於或等於分光儀500的探測範圍。
當測量寬帶光時，分光儀可提供濾波後的光譜，其在穩定的光譜位置處具有光譜陷波nc2。基於光譜陷波nc2可確定和/或驗證幹涉儀100的光譜標度。因此，當陷波nc2的邊緣的光譜位置可以被高精度地探測時，可以大大放鬆對掃描幹涉儀的精度要求。
可通過利用僅提供一個透射率陷波nc1的陷波濾波器60來對分光儀500的光譜標度進行標定。然而，分光儀500可包括濾波器單元60，其提供兩個或多個透射率陷波。參照圖8a，分光儀500的濾波器單元60可包括例如兩個或多個陷波濾波器60a、60b。參照圖8b，濾波器單元60可提供第一透射率陷波nc1和第二透射率陷波nc1b，以使得第二透射率陷波nc1b與第一透射率陷波nc1光譜分離。第一透射率陷波nc1可用於提供如上所述的第一數據對(λn1,sn1)。第二透射率陷波nc1b可用於提供第一輔助數據對(λn1b,sd(λn1b))和/或第二輔助數據對(λn2b,sd(λn2b))。第一輔助數據對(λn1b,sd(λn1b))和/或第二輔助數據對(λn2b,sd(λn2b))可用於進一步提高確定光譜標定數據λcal(sd)的精確度。
術語「光」可指代在紫外波段、可見波段和/或紅外波段中的電磁輻射。
在一個實施方案中，光可通過利用一個或多個光導纖維耦合至分光儀中。例如，光可通過利用一個或多個光導纖維從光學探針向分光儀引導。
光譜位置例如可通過提供波長值和/或通過提供波數的值來限定。光譜標度例如可通過利用波長值和/或通過利用波數的值來限定。
對於本領域的技術人員而言，應當清楚的是能夠理解根據本發明的裝置及方法的修改和變型。附圖為原理圖。上述參考隨附附圖所描述的具體實施方式僅僅是示意性的，並且不旨在限制由隨附的權利要求書所限定的本發明的範圍。