用于多光谱的光发射的组件以及配备有该组件的多光谱传感器

技术领域

本发明涉及一种用于多光谱的光发射的组件，该组件至少具有宽带的光源、滤波器阵列和光学切换装置，所述光源发射光谱范围的光，所述滤波器阵列由至少部分地处在该光源的光谱范围内的光谱宽度的多个光谱滤波器组成，所述光学切换装置用于控制由该光源发射的光穿过所述滤波器阵列。本发明还涉及一种多光谱传感器，该多光谱传感器配备有该组件。

用于选择性分析例如液态的或者气态的介质的大量应用需要使用具有能够改变的波长或者波长范围的光学辐射。例如是吸收光谱学或者光声光谱学。如此，每个气体具有表征性吸收光谱，该表征性吸收光谱具有一个或者多个吸收峰值(指纹)。在光声光谱学的情况下，通过在吸收峰值处的特定的光吸收，在介质中产生压力变化或声波，该压力变化或声波被检测到并且被转换为电信号。例如麦克风可以用作探测器。检测到的压力变化是用于相应的气体的浓度的量度。借助光声气体传感器(PGS)，可以在非常低浓度的情况下测量大量在不同聚集态中的材料。然而，所述测量需要使射入的光的波长或波长范围适配于待测量的气体。激励波长可以例如借助光谱滤波器或者通过使用可调谐的(durchstimmbar)激光器来调设。可以借助光声气体传感器同时被测量的气体的数量与该气体传感器的光学光谱通道的数量相关联。

背景技术

如此，例如EP 3 508 836 B1示出一种光声气体传感器，在该光声气体传感器中，宽带的IR光源的光通过带通滤波器被传导到具有待测量的气体的测量室中。光学带通滤波器只允许光谱的确定的部分通过。滤波器的中央波长适配于待检测的气体的吸收最大值。通过以高达100Hz对IR光源进行时间调制，在测量室内通过吸收光在气体中产生声波，该声波通过测量室上的高度灵敏的压力传感器来测量。测量到的幅度与进行吸收的气体的浓度成比例。对于许多应用而言，需要具有小体积的、即以微型化形式的这种类型的气体传感器，该气体传感器由于其简单的构造也能够借助在EP 3 508 836 B1中描述的传感器来实现。然而，该文献的气体传感器只配备有光谱滤波器，即只能够在相应的滤波器波长的情况下检测具有吸收最大值的气体。

原则上，对于改变激励波长存在如下可能性：在激励光源与测量室之间插入滤波器轮。可以同时被测量的气体的数量与可供使用的光学光谱通道的数量相关联，即与光谱滤波器的数量相关联。然而，在滤波器轮的情况下，不同滤波器的数量是受限的。由于机械的结构尺寸，微型化是非常复杂的，并且测量时间随着安装的滤波器的数量的增加而增加。滤波器轮的另一缺点在于，始终只可以同时使用一个滤波器。

在将可调谐的激光器、尤其是量子级联激光器(QCL)用作光源的情况下，不需要光谱滤波器。波长可以在激光器的调谐范围内自由调设。如此，可以例如通过多个量子级联激光器无间隙地覆盖宽的光谱范围，并且因此可以测量大量气体。然而，量子级联激光器是相对昂贵的。由于需要多个量子级联激光器来覆盖宽的光谱范围，因此成本再次增加。此外，借助这种类型的激光器，不能够进一步微型化。

因此，目前已知仅具有唯一的带通滤波器的成本有利的光声传感器，如在上文列举的EP 3 508 836 B1中那样，借助所述光声传感器通常只能够测量一种气体。对于在亚ppb范围中的复杂样品的选择性分析，如通过光声传感器能够实现的那样，没有在小的形状系数的情况下成本有利的解决方案可供使用。

本发明的任务在于，提供一种用于多光谱的光发射的组件和一种基于该组件的多光谱传感器，所述组件和所述多光谱传感器能够成本有利地以微型化的构造方式实现。该组件尤其应当能够实现对所发射的波长的简单且快速的适配或改变。

发明内容

该任务借助权利要求1和2的组件和根据权利要求11所述的多光谱传感器来解决。所述组件的以及该多光谱传感器的有利构型是从属权利要求的主题，或者能够从下面的描述以及实施例中得出。

所提出的用于多光谱的光发射的组件至少具有宽带的光源、滤波器阵列和切换装置，该切换装置用于控制由光源发射的光的至少一部分穿过滤波器阵列。该宽带的光源发射确定的光谱范围的光。滤波器阵列的光谱滤波器具有相应较小的光谱宽度，该光谱宽度至少部分地处在光源的光谱范围内。优选地，光谱滤波器的光谱宽度小于1μm。

在所提出的组件的第一种替代方案中，切换装置构造为光学切换装置，光源、滤波器阵列和光学切换装置布置为使得由光源发射的光经由光学切换装置、必要时还经由另外的光学元件(例如转向元件或者透镜)和滤波器阵列被传导至组件的输出端，在该输出端上，相应被滤波的光从该组件中出射。在此，光学切换装置具有由微镜或者微遮光板组成的阵列，并且构造并布置为使得该光学切换装置能够将由光源发射的光有针对性地仅穿过滤波器阵列的一个或者多个能够任意预给定的光谱滤波器传导至组件的输出端。为此，能够相应地操控该光学切换装置。

在第二种替代方案中，光源要么具有能够分开地通过切换装置操控的光发射器的阵列，并且构造并布置为使得通过经由该切换装置操控光发射器，由光源发射的光能够有针对性地仅被传导穿过滤波器阵列的一个或者多个能够任意预给定的光谱滤波器。在该第二种替代方案的另一种构型中，光源通过单个的发射器形成，并且切换装置具有用于该单发射器或者滤波器阵列的机械的XY调整装置，借助该XY调整装置，单发射器能够定位到滤波器阵列的不同滤波器的下方，使得由光源发射的光能够有针对性地仅被传导穿过滤波器阵列的一个能够任意预给定的光谱滤波器。在该组件的该第二中替代方案中，光发射器的辐射光的面不大于滤波器阵列的各个光谱滤波器的横向尺寸。

在一种优选构型中，滤波器阵列的各个光谱滤波器具有小的横向尺寸，所述横向尺寸为≤10x10mm。优选地，滤波器阵列构造为使得所述光谱滤波器逐行地且逐列地布置在该滤波器阵列中。然而，原则上别的布置也是可能的，例如滤波器阵列中的各个滤波器的同心的布置、纯粹行状的布置或者完全任意的布置。优选地，滤波器阵列的各个光谱滤波器的布置与第一种替代方案的微镜或者微遮光板的布置相关联，或者与第二种替代方案的由光发射器组成的阵列的各个光发射器的布置相关联，使得它们分别以相同的方式布置，即例如相应地逐行且逐列地布置。存在于光学切换装置或者光源的侧上的单元(微镜、微遮光板、光发射器)的数量优选地相应于滤波器阵列的光谱滤波器的色互联，使得每个单元配属有一个光谱滤波器，通过该光谱滤波器仅传导从配属的单元出发的光。也存在如下可能性：将滤波器的数量选择得大于这些单元的数量，其中，随后每个单元分别配属有一组并排布置的光谱滤波器，例如两个或者四个滤波器。另外存在如下可能性：将滤波器的数量选择得小于这些单元的数量，其中，随后每个滤波器分别配属有多个并排布置的单元。

所提出的组件能够实现，根据滤波器阵列的不同滤波器的数量和特性来调整或者改变所发射的光学辐射的波长或者光谱分布。因此，能够为相应的应用调整所发射的光的光谱分布。通过所选择的构造，滤波器阵列和光源能够与光学切换装置一样微型化地实施。该组件不需要昂贵的光源。

优选地，在滤波器阵列中使用基于亚波长结构的滤波器或者等离子滤波器。由此可以成本有利地在最小的空间上实现大量滤波器。这例如能够通过各个光学通道或滤波器的适当的组合为几乎每个材料模拟吸收光谱，即其方式是，将光同时传导穿过光谱滤波器中的多个光谱滤波器。所述滤波器也可以构造为干涉滤波器，并且也可以与偏振滤波器组合。在该滤波器阵列内的这些滤波器类型的组合原则上也是可能的。

在第一种替代方案中，光学切换装置可以连同光源一起实现为一个模块，或者也可以与光源分开地实现。在第二种替代方案中，阵列状的光源又可以与滤波器阵列一起实现为一个模块，或者也可以与该滤波器阵列分开地实现。附加地，在两种替代方案中，在光源与滤波器阵列之间的射束路径上可以布置有用于避免各个光学通道之间的光学串扰的装置，该装置例如呈以适当的方式构造的遮光板阵列和/或透镜阵列的形式。

借助所提出的组件，能够实现多光谱传感器，该多光谱传感器具有测量室和一个或者多个探测器，从组件中出射的光被耦合输入到所述测量室中，通过所述探测器能够检测被耦合输入到测量室中的光与被引入到测量室中的介质的相互作用的结果。如此，多光谱传感器能够例如构造为光声气体传感器，在该光声气体传感器的情况下，然后所述探测器中的至少一个探测器是压力传感器、例如麦克风。然后，在这种情况下，在测量时以适当的方式对所提出的组件的光源进行时间调制，以便通过吸收被耦合输入到测量室中的光在待测量的气体中产生声波。然后，借助该气体传感器，可以根据滤波器阵列的滤波器的数量测量更大数量的气体或者气体组分。借助这种类型的多光谱传感器也能够实现也与光声光谱学相结合的别的应用、例如吸收光谱学。

所提出的组件以及配备有该组件的多光谱传感器能够在很多应用领域中使用，例如在医学方面、在环境领域方面、在方法技术和民用安全方面。这例如包括对工业过程和参数的分析(过程监控)、质量保证、火灾及早识别、香味分析、异味检测、呼吸气体分析、安全应用、环境分析、通过反射测量的无损伤式表面检查、作为电子鼻或电子舌的应用。当然，这并非穷举。

附图说明

下面，根据实施例结合附图再次更详尽地阐述所提出的组件和配备有该组件的多光谱传感器。在这种情况下示出：

图1示出根据本发明的多光谱传感器的示意图，该多光谱传感器具有光学切换装置；

图2示出借助所提出的组件使光谱灵活地适配于待测量的气体的吸收光谱的例子；

图3示出根据本发明的多光谱传感器的示意图，该多光谱传感器具有阵列状的光源；

图4示出用于所提出的组件的一种构型的例子，该组件基于阵列状的光源；

图5示出用于所提出的组件的一种构型的另一例子，该组件基于阵列状的光源；

图6示出用于所提出的组件的一种构型的例子，该组件具有微遮光板阵列作为光学切换装置；

图7示出用于所提出的组件的一种构型的另一例子，该组件基于单发射器，该组件具有机械的XY调整装置；

图8示出用于所提出的多光谱传感器的构造的第一例子；

图9示出用于所提出的组件的一种构型的例子，该组件具有微镜阵列作为光学切换装置；

图10示出用于微镜阵列的例子，在该微镜阵列的情况下，滤波器阵列的滤波器施加到微镜上；

图11示出用于所提出的多光谱传感器的构造的第二例子；

图12示出用于所提出的多光谱传感器的一种构型的例子，该多光谱传感器具有多个测量室；

图13示出用于能够在所提出的组件中使用的滤波器阵列的例子；

图14示出用于能够在所提出的组件中使用的滤波器阵列的光谱滤波器的一种构型的例子，该滤波器阵列具有偏振滤波器。

具体实施方式

在图1中强烈示意性地示出根据本发明的多光谱传感器的构造，该多光谱传感器由所提出的用于多光谱的光发射的组件14和测量装置15组成。由组件14产生的、期望的光谱分布的光在该组件的输出端上出射，并且进入到测量装置15中，如图所示。用于多光谱的光发射的组件14具有宽带的光源1、在下文中被称为光学开关阵列2的装置和滤波器阵列4。测量装置15具有测量室5、一个或者多个接收器6以及用于信号处理和分析处理的电子装置7。光源1的光经由光学开关阵列2(光学切换装置)被传导到滤波器阵列4上。光学开关阵列2构造为使得该光学开关阵列将光引导到所选择的一个或者多个滤波器4(A)、4(B)和4(C)上。

在一种在透射中的实施方案中，光学开关阵列2通过微遮光板阵列实现，在该微遮光板阵列中，每个元件3(A)、3(B)、3(C)(在下文中也被称为光学开关)构成一个微遮光板，所述微遮光板可以分别与别的微遮光板无关地被操控用于打开和关闭。优选地，用于改变开口直径的操控(在敞开的遮光板开口的情况下)也是可能的。然后，经由分别所选择的微遮光板，将光引导到滤波器阵列4的滤波器中的一个或者多个滤波器上。剩余的遮光板是封闭的。

在一种在反射中的实施方案中，光学开关阵列2实施为微镜阵列。开关阵列的每个元件是一个微镜。所述镜又可以单个地被操控为使得入射的光被偏转到滤波器阵列4的一个或者多个滤波器4(A)、4(B)、4(C)上。别的镜调设为使得所述别的镜使入射的光不偏转到滤波器阵列4上。微镜(或者在上述情况下的微遮光板)之间的区域实施为对于光而言不透明。

滤波器阵列4由多个光谱滤波器组成。在图1中示出的例子中，只有滤波器或滤波器元件4(A)、4(B)、4(C)被曝光(belichten)，并且因此只有相应于这些滤波器的滤波器特性的确定的波长能够通过并且进入到测量室5中。借助光学开关阵列2，滤波器阵列4的任意的滤波器可以依次地或者同时地用光来照射，以便为相应的测量任务生成最佳的光谱。作为例子，例如在借助单色器进行测量时，可以依次地操控或曝光所需要的滤波器。如此，例如通过单独地操控元件3(A)以曝光滤波器4(A)来产生单个波长的光，如果滤波器4(A)相应地窄带地实施的话。

在另一种构型中，光源1可以构造为光发射器的阵列，如在下文中结合图3将更详尽地描述的那样。各个光发射器可以被任意操控，以便将光有针对性地引导到滤波器阵列4的一个或者多个滤波器上。优选地，光源和滤波器阵列在此形成一个单元。在该构型中，不需要光学开关阵列2。

待测量的样品位于测量室5中。该待测量的样品可以以不同的聚集态存在，例如作为液体或者作为气体。测量可以在反射中或者在透射中进行。具有不同的物理测量原理的不同传感器或者探测器可以用作接收器6。例如是用于吸收光谱学的IR探测器或者在光声光谱学中的压力传感器，该压力传感器例如呈一个或者多个麦克风的形式。多个探测器或传感器的组合也是可能的，例如结合在测量室之外的吸收探测器使用在透光的测量室中的压力传感器。

因此，在测量时，通过适当地操控开关阵列2或者在由光发射器组成的阵列的情况下通过适当地操控光发射器，可以任意地利用滤波器阵列4的一个或者多个滤波器，以便可以由此产生期望的光谱分布(例如仅一个单个的波长或者确定的波长的叠加)并且将其用于应用。能够随时通过别的操控来改变该光谱分布。操控、检测到的数据的输出、信号处理和分析处理经由电子装置和软件来实现。

如此，通过所提出的组件产生的光谱能够灵活地适配于测量室中的样品的吸收光谱。在图2中示出用于这种类型的灵活的适配的例子。图2a为此示出待测量的材料的抽象的吸收光谱。该材料具有三个表征性吸收峰值(A1、A2、A3)。该吸收光谱可以经由光学开关阵列2的和滤波器阵列4的适合的元件的组合来模拟。在当前例子中，光学开关3(A)、3(B)、3(C)是打开的，并且滤波器阵列4中的滤波器4(A)、4(B)和4(C)由此被曝光。在确定的构型中，不仅可以模拟各个吸收峰值的位置，还可以调设所述峰值之间的幅度比例。图2b示出滤波器4(A)、4(B)、4(C)的三个单光谱。在图2d中，滤波器阵列4的同时被曝光的滤波器用白色示出，未被曝光的滤波器用黑色示出。图2c示出在滤波器阵列4之后的光的完整光谱4(A)+4(B)+4(C)。该光谱最佳地适配于待测量的材料的在图2a中示出的吸收光谱。强度适配可以经由参数(例如在没有光学开关阵列的情况下使用光发射器阵列的情况下用于各个光发射器的电流)的适配或者经由光学开关阵列的透射度来调设。后者尤其涉及具有能够适配的遮光板开口的微遮光板阵列的使用，或者涉及基于液晶的微遮光板阵列的使用，在该基于液晶的微遮光板阵列中，透射度是能够调设的。

图3示出用于所提出的微光谱传感器和在此所使用的用于多光谱的光发射的组件的一种构型的例子，在该例子中，光源1通过由多个单个的光发射器1(N)形成。在左侧部分图像中，在此示意性地示出该多光谱传感器的构造，在右侧部分图像中，示出配属的组件的构造。在该构型中，不像在图1中那样需要光学切换装置。阵列状的光源1的各个光发射器可以单个地被操控或根据需要被接通和关断。这能够以与已经结合图1和2所阐述的方式相同的方式实现：由该组件发射的光谱灵活地适配于待测量的样品的吸收光谱。在图3的例子中，两个光发射器1(A)、1(B)是接通的，光源1的其余光发射器是关断的。由此，在布置在这上方的滤波器阵列4上只有滤波器4(A)和4(B)被曝光，如示意性在图中所示出的那样。在该例子中，光发射器1的发射光的面具有延展尺度，该延展尺度小于滤波器阵列4的滤波器4(N)的尺寸，如在图3的右侧部分图像中所示出的那样。然后，通过滤波器阵列4与光源1之间的足够小的间距，可以通过适当地操控各个光发射器1(N)分别仅曝光滤波器阵列4中的如下滤波器：所述滤波器恰好位于相应的光发射器的上方。

优选地，在此将由IR光源组成的阵列用作光源7，该阵列发射从1μm至15μm的光谱范围的光。因此，例如可以通过光声光谱学来测量在测量室5中的气态的样品。然后，将一个或者多个压力传感器用作接收器6，所述压力传感器例如呈一个或者多个麦克风的形式。如此，在根据图2的构型中，可以例如将由所谓的微加热器组成的阵列用作阵列状的光源，如例如在L.D.Williams等，“Design and characterization of a microheater arraydevice fabricated with SwIFT-LiteTM”，J.Micro/Nanolith.MEMS MOEMS 7(4)，043035(2008)中所描述的那样。这种类型的阵列可以借助MEMS技术制造。

图4示出用于多光谱的光发射的组件的另一例子，该组件具有阵列状的光源。因此，这种类型的组件同样可以在根据图3的多光谱传感器中使用。在该例子中，滤波器阵列和阵列状的光源形成一个单元。图4为此示出由单片式构造的光谱通道组成的阵列。光谱通道是由光源或光发射器9(1)、9(2)…9(n)和滤波器阵列的滤波器4(1)、4(2)、…4(n)组成的组合。在图4中示出的阵列可以借助半导体技术或者通过后处理制造。在衬底20上可以通过这种方式布置期望数量的光谱通道作为阵列。在半导体技术中不仅可以实现各个滤波器，所述滤波器例如可以构造为等离子滤波器或者基于亚波长结构的滤波器，还可以实现光源，该光源例如呈MEMS微加热器的形式。在此，滤波器可以由一个或者多个结构化的金属层或者介电层组成。图4示出这种类型的单元的横截面。从该附图中能够清楚看出衬底20上的由多个层21-25组成的层状构造，其具有贯通接通部(Durchkontaktierung)或导通孔(Via)26，如在半导体工艺中经常使用的那样。在该例子中，层22构成具有光发射器9(1)、9(2)…9(n)的IR光源阵列。IR光源可以例如通过微螺旋或者微加热器实现。具有滤波器4(1)、4(2)...4(n)的滤波器阵列的在最上方的层25中实现。每个滤波器可以由一个或者多个单层构造。滤波器层可以由至少一个阵列状的在亚波长维度中结构化的金属层或者介电层构造。对于每个光谱通道，可以自由地定义滤波器性能。滤波器的光学性能与结构尺寸、结构形状(例如孔或者岛)和周期性有关，并且可以通过滤波器设计来定义。在具有光学切换装置的构型中的滤波器阵列也可以通过这种方式来实现。层21构成在半导体工艺中的典型的层构造的层中的一个层，并且可以例如也用作用于层22中的光源的反射器。在层23、24中构造有用于光的穿透的适合的开口。这些层通常分别由金属材料构成，并且通过介电层相互分开。导通孔26防止光在该阵列中的各个光谱通道之间逾越。

用于适合的红外光学滤波器的例子参见：I.J.H.McCrindle等，“Infraredplasmonic filters integrated with an optical and terahertz multi-spectralmaterial”，Phys.Status Solidi A 212，No.8，1625至1633(2015)，和A.Wang等，“Mid-infrared plasmonic multispectral filters”，Scientific Reports(2018)8:11257。在这些公开物中示出的滤波器基于结构化的金属层，并且可以通过时域有限差分(FDTD)来建模。通过模拟，可以为期望的光谱透射、带宽和中央波长的位置确定滤波器的设计。

图5示出图3中的用于多光谱的光发射的组件的改型。由于在该组件中光源1和滤波器阵列4单独地生产并且上下相叠地布置，因此，在光源1与滤波器阵列4之间产生自由空间。为了防止各个光学通道之间的光学串扰，在图5的例子中在该自由空间中布置有以适合的方式构造的遮光板阵列或者透镜阵列8，该遮光板阵列或者透镜阵列防止各个通道之间的光学串扰。如果没有该遮光板阵列或者透镜阵列8，则光发射器的光可能不仅入射到直接位于其上方的滤波器上，还入射到相邻的滤波器上。如此，例如来自光发射器1(B)的光通过使用该遮光板阵列或者透镜阵列8仅入射到位于其上方的滤波器4(B)上。如果没有遮光板阵列或者透镜阵列8，则由于光发射器1(B)的大的辐射角，该光发射器的光还入射到相邻的滤波器上，例如入射到滤波器4(C)上。

在图6中示出对于用于多光谱的光发射的组件的例子，在该组件中，微遮光板阵列用作在光源1上方的光学开关阵列2。这种类型的微遮光板阵列可以例如在MEMS技术中生产，如例如由M.J.Li等，“Fabrication of Microshutter Arrays for SpaceApplication”，Proceedings of SPIE vol.4407(2001)，295至303已知的那样。在图6的例子中，遮光器或微遮光板2(A)和2(B)是打开的，滤波器4(A)和4(B)被曝光。剩余的微遮光板是关闭的，并且配属于其的滤波器未被曝光。遮光板阵列的元件可以单个地或者成组地被操控用于打开和关闭。由此，由该组件射出的光谱可以与在先前的例子中那样灵活地适配于样品的吸收光谱。微遮光板阵列或光学开关阵列2和位于其下方的光源1可以实现为一个单元。为了避免各个通道之间的串扰，在此也可以不仅在光源1与光学开关阵列2之间、还在光学开关阵列2与滤波器阵列4之间布置附加的遮光板阵列或者透镜阵列8，如在图6的左侧部分图像中所示出的那样。

图7示出用于所提出的用于多光谱的光发射的组件的一种可能的构型的另一例子。在图7的例子中，单个的光发射器用作光源1，该单个的光发射器可以通过机械的XY调整器12在滤波器阵列4的下方移动。在此也可以附加地集成遮光板阵列或者透镜阵列8，如在先前的实施例中的一些实施例中那样，用于避免光学串扰。由此，辐射角被限制，并且相应相邻的滤波器不被不期望地曝光。在当前例子中，滤波器阵列4位于对于光源的光透明的衬底上，该衬底例如在IR光源的情况下由Si构成。光源1位于XY调整器12上。视期望的滤波器阵列或由此产生的光学特性而定地，借助光源1来扫描滤波器阵列4。如此，可以依次产生不同的光谱特性，如在图7的左侧部分图像中在滤波器阵列4的俯视图中示意性所示出的那样。在滤波器阵列4的各个滤波器的相应小的横向维度的情况下XY调整器的小的调设路径，可以例如通过压电驱动器来实现。替代地，光源1也可以位置固定地布置，并且可以使滤波器阵列4在光源的上方运动。在图7的例子中，依次扫描滤波器阵列4的滤波器F1至Fx。

图8示出用于光声气体传感器(PGS)的例子，如可以根据本发明实现的那样。用于多光谱的光发射的组件在图8中通过模块13实现，该组件原则上可以与在先前阐述的实施例的组件一样实现，并且在该例子中具有微遮光板阵列11作为光学切换装置。在该例子中，在光源1与微遮光板阵列11之间布置有透镜阵列8，通过该透镜阵列防止各个光谱通道之间的串扰。该透镜阵列8的透镜使由光源1发射的光在相应的微遮光板的方向上准直或者聚焦。在该例子中，气体传感器的电子装置与测量室5分开。测量室具有用于激励辐射的耦合输入的光学窗口10。在该例子中，光学滤波器阵列4的滤波器衬底用作光学窗口10。在此，滤波器阵列的滤波器可以布置在该光学窗口的上方或者下方。在当前例子中，滤波器布置在光学窗口10的上方、即在测量室5内。压力传感器作为接收器6处在测量室5中，该压力传感器例如呈MEMS麦克风的形式。在信号处理与分析处理装置7(电子装置、软件)中对该麦克风的输出信号进行分析处理。在图8的左侧部分图像中示出滤波器阵列4的俯视图。在该滤波器阵列上，例如滤波器4(A)被曝光(光斑42)。滤波器阵列4的别的滤波器未被曝光。如在先前的实施例中阐述的那样，当然也可以同时曝光多个滤波器。在PGS传感器的情况下，通常IR光源用作光源1，该IR光源发射从1至15μm的波长范围中的光。测量室5具有用于供应样品的至少一个入口。在测量室5中也可以存在另外的传感器，例如用于温度和湿度。

图9示出根据本发明的用于多光谱的光发射的组件的另一例子。在该例子中，微镜阵列16用作光学开关阵列。该镜阵列16可以是例如DLP模块(MEMS)。在该模块中，单个的镜或者镜区域(即具有多个镜的区域)可以被接通和关断或可以相应地被倾斜。模块的各个镜可以实施得非常小，例如具有10x 10μm的尺寸。在图9的例子中，镜阵列16的各个镜要么在方向1上、要么在方向2上传导光。来自光源1的光在此照射镜阵列16。在方向2上偏转的情况下，相应的光束通过光学系统18、例如凹面镜被传导到光学滤波器阵列4上，并且例如如图9所示使滤波器4(A)曝光。光学系统18要么基于透镜光学装置、要么基于镜光学装置。镜光学装置是优选的，因为镜涂层能够在非常宽的光谱范围中实现非常低的吸收。通过光学镜阵列的被接通的区域来选择滤波器阵列4的单个的滤波器。在当前例子中，镜或镜区域16(A)被接通，即将入射的光在方向2上偏转。镜或镜区域16(B)被关断，即配属的一个或者多个镜使光在方向1上偏转到吸收器17上，所偏转的光在该吸收器中被吸收。因此，通过适当地操控镜阵列的各个镜，可以将滤波器阵列4的分别期望的滤波器曝光。

替代地，具有各个滤波器(优选是等离子滤波器)的滤波器阵列4也可以直接施加到镜阵列16的镜上，如在图10中示意性示出的那样。然后，不需要如在图9的左侧部分中示出的分开的滤波器阵列4。

在此，滤波器阵列和MEMS镜阵列可以在半导体技术中一起实现。相应的滤波器可以由一个或者多个结构化的金属层或者介电层组成。图10在这种类型的具有所施加的滤波器的微镜阵列16的俯视图中示出一个例子。在该例子中，镜中的如下四个镜分别合并成一个组或一个镜区域16(A)、16(B)…16(n)：所述镜分别借助相同的滤波器被曝光。这在图10中通过相应的图案示出。在此，优选地，将基于亚波长结构的滤波器或者等离子滤波器用作滤波器。因此，然后可以通过不同镜区域16(A)、16(B)…16(n)的组合为几乎每个待测量的材料模拟反射光谱。为此，仅相应的镜被接通，即将入射的辐射反射到测量室中。在此，可以将针对确定的波长优化的特定的滤波器施加到每个镜区域上。镜区域可以由≥1个镜组成，在图10的例子中由四个镜组成。

图11示出用于光声气体传感器的一种构型的例子，该光声气体传感器具有由图9或者10示出的用于多光谱的光发射的组件。在该例子中，电子装置和光学装置与测量室5分开。测量室具有光学窗口10，该光学窗口在该例子中也通过光学滤波器阵列4的滤波器衬底形成。滤波器阵列的滤波器又可以布置在光学窗口10的上方或者下方。在当前例子中，滤波器布置在光学窗口10的下方，即位于测量室之外。在测量室5中存在至少一个压力传感器作为接收器6，该至少一个压力传感器可以例如构造为MEMS麦克风。在信号处理与分析处理装置7(电子装置、软件)中对该压力传感器的输出信号进行分析处理。在图11的左侧部分图像中示出滤波器阵列4的俯视图。在该滤波器阵列上，例如滤波器4(A)被曝光(光斑42)。该阵列的别的滤波器未被曝光。如在先前的实施例中所示出的那样，当然也可以同时曝光多个滤波器。在PGS传感器的情况下，通常IR光源用作光源1，该IR光源在1与15μm之间的宽的范围中发射。测量室5又具有用于供应样品的至少一个入口19。在该测量室中也可以存在另外的传感器，例如用于测量温度和湿度。

图12示出用于根据本发明的多光谱传感器的构造的例子，在该例子中，使用多于一个的测量室。在该例子中，三个测量室5(A)、5(B)、5(C)串行地安装。这是可能的，因为在测量气体时由于弱的气体吸收射入到测量室中的激励光在穿过测量室仅轻微地被减弱。测量室分别具有光学窗口35(A)、35(B)、35(C)、35(D)。由用于多光谱的光发射的组件发射的射束聚束37传播穿过各个室5(A)、5(B)、5(C)。在最后一个室之后，可以安装辐射接收器27。因此，可以测量光功率的波动。可以给测量室供应不同的样品。这可以是未知的气体或者校准气体。校准气体具有定义的浓度和已知的光谱。通过使用多个测量室，可以实现多端口采样器。例如，IR探测器或者光电二极管可以用作辐射接收器27。

图13示出用于滤波器阵列的例子，该滤波器阵列在所提出的组件和所提出的多光谱传感器中同样可以使用。这种类型的滤波器阵列，在当前例子中呈“红外线性可变滤波器(Infrared Linear Variable Filter)”的形式，如例如从Vortex Optical Coatings Ltd.公司可购得的那样，可以在薄层技术中制造。这种类型的滤波器具有多个光谱通道(带通滤波器)，并且可以针对确定的光谱范围优化。先前的实施例中的滤波器阵列4可以通过这种类型的滤波器来替代。滤波器F1、F2、Fn可以通过光学开关单个地或者成组地被曝光。

在所提出的用于多光谱的光发射的组件和配属的多光谱传感器中，光谱滤波器也可以与偏振滤波器组合。为此，图14示出由光谱滤波器与多个偏振滤波器组成的组合。材料的吸收光谱和散射光谱可以是与光的偏振状态有关的。出于这个原因，通过偏振的光谱照明可以获得关于材料的附加信息。在先前的实施例中，分别使用非偏振光。在当前例子中，将光谱通道或滤波器4(A)与多个偏振滤波器40(A)、40(B)、40(C)组合。在位置41上不存在偏振滤波器。该位置构成具有非偏振光的参考通道。通过光学开关阵列可以依次曝光滤波器40(A)、40(B)、40(C)。在该例子中，光斑42处在偏振滤波器40(A)上。在光谱滤波器4(A)之后的光始终具有相同的光谱，但是视局部曝光而定地可以以不同方式偏振。在右侧部分图像中示出用于在半导体技术中的这种类型的滤波器的构造的例子。原则上的构造已经结合图4被阐述。在该例子中，在金属层23中实现栅格状的结构。这些栅格状的金属接片根据角度使光偏振。在当前例子中，使用+90°、+45°和-45°的角度。在该金属层的上方，在层25中构造有光谱滤波器4(A)。该光谱滤波器可以例如基于亚波长结构。

附图标记列表

1光源

1(N) 光发射器

2光学开关阵列

2(N) 微遮光板

3(N) 开关阵列的元件

4滤波器阵列

4(N) 所选择的滤波器

5测量室

6接收器

7信号处理与分析处理装置

8透镜阵列或者遮光板阵列

9(N) 光发射器

10 光学窗口

11 微遮光板阵列

12 XY调整器

13 模块

14 用于多光谱的光发射的组件

15 测量装置

16 微镜阵列

16(N)微镜、微镜区域

17 吸收器

18 光学系统

19 入口

20 衬底

21-25层

26 贯通接通部(via)

27 辐射接收器

35 光学窗口

37 射束聚束

40 偏振滤波器

41 在光谱滤波器上的位置

42 曝光光斑