通过光阑结构对可移动IR发射器的调制

说明书

本发明涉及一种可调制的红外发射器，该红外发射器包括光阑结构(Blendenstruktur，孔径结构、孔阑结构)、结构化微加热元件以及致动器，其中，光阑结构和结构化微加热元件可以通过致动器在平行平面上相对于彼此移动，以调制被发射的红外辐射的强度。本发明还涉及制造红外发射器的方法，使用红外发射器来对红外红辐射的发射进行调制的方法，以及红外发射器的优选用途。在另外的方面，本发明涉及一种系统，该系统包括红外发射器和用于调节致动器的控制设备。

背景技术

可调制的红外发射器(IR发射器)与光谱学中的各种应用相关。特别地，气体的光谱学往往借助于红外辐射来执行，一定频率的红外辐射触发分子振动，这在光谱中可检测为吸收线。

光声光谱学往往被使用，采用经强度调制的红外辐射，其频率为气体中待检测分子的吸收光谱。如果该分子存在于束路径中，就会发生调制吸收，引起加热和冷却过程，其时间尺度反映了辐射的调制频率。加热和冷却过程引起气体膨胀和收缩，产生调制频率的声波。所述声波随后可以由声学检测器(麦克风)或流量传感器测量。

光声光谱学允许检测非常细微的气体浓度，并具有各种应用。一示例是检测CO

不同的发射器被用作上述应用的辐射源，其具有不同的优点和缺点。例如，可以使用红外范围内的窄带激光源。这些允许使用高辐射强度，并且可以使用标准部件进行高频率调制，例如用于光声光谱学。然而，由于激光的窄光谱，因此只能检测到具有匹配吸收光谱的分子。激光也相对昂贵。如果期望检测若干不同的分子，则必须使用对应数量的激光。

热宽带发射器也是已知的。这些发射器具有光谱广并且往往成本低的优点。然而，这些发射器的调制频率是有限的，由于热时间常数的影响，通过改变电流供应来进行直接调制是缓慢的，并且显著地降低了设备寿命。缓慢的调制往往由于检测部件的固有噪声而造成具有很差信噪比的测量。通过使用自旋的斩波轮来进行外部调制会较快，但是设置成本很高，并且不如许多应用所期望的那样紧凑和鲁棒。而且，调制带宽是有限的，并且由于惯性，改变斩波器的旋转速度很麻烦。

现有技术中已知调制IR发射器的其他方法。

与已知的旋转光阑轮相比，DE 195 26 352 A1本身就设定了改善非色散红外气体分析仪中束路径调制的任务。为此，DE 195 26 352 A1提出使发射器围绕垂直于束轴线的轴线旋转，并通过一个或更多个光阑来调制发射器。在一个实施方式中，提出了一种在反射器的焦点处的杆状辐射器，该辐射器通过偏移90°的两个旋转光阑以反相位进行调制。因此，安装在轴上的IR辐射器本身的快速旋转对于实现高频率调制是必要的。这增加了构造上的工作，并使紧凑的布置更加困难。

从GB 2502520 A中已知，一种具有作为防御信号的时变光强度曲线的光源的电光模拟。在红外范围内具有宽光谱的均质弧灯被用作辐射源。为了调制光强度，提出了使用具有多个透射范围的一个或更多个模板。在一个实施方式中，模版相对于光源被倾斜以遮盖如光源所见的透明区域。在此，必要的倾斜角度取决于模版的厚度。在另一实施方式中，两个模版从弧光灯的视角彼此相对移位，以覆盖透射区域。该调制意在提供对允许快速上升和逐渐衰减的光源的模拟。即使在打开位置，大量的光被模板的不透射区域吸收，减小了最大发射幅度。

US 6,407,400 B1涉及一种红外光源的调制，以作为对热导导弹的防御措施。提出的调制装置是收集元件、定子和两个转子，该转子包括交替的不透明和半透明材料。US 6,407,400 B1的构造方法要求对旋转元件的精确调谐。另外，即使在US 6,407,400 B1的情况下，在瞬时打开位置期间，大量的红外光也总是被不透射部吸收，减小了最大发射幅度。

因此，提供调制红外发射器的这些方法没有如许多应用所期望的那样紧凑、鲁棒和节能。如今，微系统技术在许多应用领域中被用于制造紧凑的机械电子设备。可以以这个方式制造的微系统(微机电系统或MEMS)非常紧凑(微米范围)，同时提供出色的功能和甚至较低的制造成本。例如，DE 10 2017 206 183 A1描述了快速且紧凑的梳齿驱动器作为MEMS致动器。

从现有技术中，使用MEMS技术来调制热产生的红外辐射还是未知的。

发明目的

本发明的目的是提供一种可调制的红外发射器以及一种用于产生经调制的红外辐射而没有现有技术的缺点的方法。特别地，本发明的目的是提供一种高频率且可变可调制的红外发射器，该红外发射器可以以调制方式发射宽光谱的红外辐射，并且同时其特征在于简单低成本的紧凑设计。

发明内容

该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施方式。

在第一方面，本发明涉及一种可调制的红外发射器，其包括

光阑结构，

结构化微加热元件，以及

致动器，

其中，微加热元件在第一平面中具有可加热区域和非可加热区域，光阑结构在第二平面中具有用于红外辐射的透射区域(透明)和不透射(不透明)区域，两个平面彼此平行，光阑结构和微加热元件能够在平行平面中相对于彼此移动，并且致动器被配置成使光阑结构和微加热元件在至少第一位置和第二位置之间相对移动，使得对于可以从微加热元件通过第一位置和第二位置之间的光阑结构发射的红外辐射，能够达到至少为2的消光比。为此，结构化微加热元件的可加热区域和非可加热区域的布置或尺寸以及光阑结构的透射区域和不透射区域的布置或尺寸优选地相互匹配，使得在第一位置，能够由可加热区域发射的IR辐射主要被光阑结构的不透射区域吸收和/或反射，而在第二位置，能够由可加热区域发射的IR辐射主要辐射通过光阑结构的透射区域。

由于光阑结构相对于结构化加热元件的移动性，可以以特别快速且简单的方式实现对所发射的红外辐射的强度的调制。与通过改变电流供应而在红外发射器中进行的已知强度调制形成对照，根据本发明的调制不受热时间常数的限制。而且，MEMS致动器可以用于实现远高于100Hz的调制频率。这样的调制频率对于光声光谱学是特别有利的。然而，可调制的红外发射器适合于其中需要快速地且可靠地调制红外辐射的任何应用。

首先，可调制的红外发射器是一种发射电磁辐射的设备。该辐射优选地表现出在红外(IR)区域中的波长范围，特别是在大约700纳米(nm)至1毫米(mm)的波长之间。所发射的辐射的对应频率可以在大约300千兆赫兹(GHz)至400太赫兹(THz)之间的范围内。光谱可以恰好优选地用波数m-1或cm-1来表示，如在光谱学领域中常见的那样。本领域技术人员知道如何转换为这些单位。术语发射器优选地是指下述设备，所述设备包括：辐射源，该辐射源由微加热元件表示；和光阑结构，该光阑结构能够通过相对于微加热元件的相对移动来对红外辐射进行调制。

特别地，选择光谱以对应于发射器的优选应用领域，即红外光谱学，并且尤其是光声光谱学。特别地，待分析和/或待检测的气体分子的振动激发是优选的，这对应于取决于气体分子的优选光谱范围。例如，包含波长约为2.4微米(μm)的IR发射器的光谱范围适合于激发CO

辐射可以各向同性地发射，即从发射器开始在所有空间方向上均匀地发射。在本文中，均匀是指优选地具有相同的辐射强度。强度被特别地限定为面积功率密度，并且优选地具有瓦特每平方米或缩写为W/m

发射器是可调制的，这意味着所发射的辐射的强度，优选地束的强度可以随着时间以可控制的方式变化。调制应当优选地引起强度的时间变化，来作为可测量的量。这意味着例如在测量周期内测得的最弱强度与在同一周期内测得的最强强度之间存在随时间变化的强度差，该强度差大于通常用于辐射光谱和应用以测量或确定强度的仪器的灵敏度。优选地，最强可调强度和最弱可调强度之间的差显著地大于2倍。可调制的红外发射器具有各种应用。在相关应用的方面，将提及红外光谱学，并且尤其是光声光谱学。

以微加热元件的形式提供热发射器，从而产生红外辐射。优选地将微加热元件理解为其尺寸为微米(μm)级的加热元件。在此，加热元件包括导电材料的可加热层，当电流流过该材料时，该可加热层产生焦耳热。产生的热优选地表现出对元件的欧姆电阻和电流的平方或者对所施加电压的平方和逆欧姆电阻的依赖性，这取决于使用电流源还是电压源。在平衡状态下，所产生的热等于由于在有电流流过的可加热层的外部接口处发射的热传导、对流和热辐射(同义词：红外辐射)而造成的热损失。如本领域技术人员已知的，所产生的热特别地通过粒子的热移动引起热辐射，这造成例如电荷载流子的加速和/或振荡偶极矩。因此，可以具体地通过电流承载可加热层产生红外辐射。可加热层优选地由金属制成，例如由钨或铂制成。通过施加合适的电压，产生的电流流使得产生焦耳热并最终产生红外辐射。辐射光谱可以优选地通过普朗克辐射定律来近似地进行描述，其中，本领域技术人员意识到实际可加热层和黑体之间的差异，例如，发射率或与该体的热平衡的实际偏差。尽管存在这些偏差，但根据普朗克辐射定律，所产生的光谱及其强度基本上由温度和辐射面积来描述。因此，技术人员可以通过微加热元件的特定设计来获得具有优选强度分布的优选光谱。出于该目的，除了加热元件的材料和几何设计之外，所提供的电能、辐射接口的表面处理以及加热元件除热辐射之外的热损失的大小优选地是决定性的。这些热损失的大小例如由加热元件与相邻材料和/或流体之间的热导率以及它们的热容量和一个或更多个接口的大小来确定。

优选地，结构化微加热元件的特征在于二维平面，即第一平面，在该二维平面中存在可加热区域和非可加热区域。可加热区域是包括上述导电材料的可加热层的区域。非可加热区域优选地被限定为不是可加热区域并且与可加热区域相邻或在两个可加热区域之间。当施加电流时，优选地从可加热区域沿发射方向发射红外辐射，而对于非可加热区域则不是这种情况。

优选地，第一平面内的可加热区域和非可加热区域基本上沿线布置。例如，微加热元件可以包括构成第一平面的长方体基板的表面。在该表面上，可以以电接触的条带(例如，涂层)的形式沉积可加热区域。这些可以被定向为例如与长方体表面的长边垂直。在这些条带之间，可能存在基本上条状的非可加热区域。可以优选的是，可加热条带比长方体表面的短边短，使得所有非可加热区域沿着长方体表面的一个长边连接。尽管在该实施方式中非可加热区域形成连接表面，但是出于本发明的目的，存在多个非可加热区域。特别地，相对于适当选择的光阑结构，沿长方体的中心线交替的可加热区域和非可加热区域允许根据本发明的调制。

例如，可加热区域可以是以基板的涂层的形式，其厚度与第一平面内的程度相比较小。然而，也可以是可加热区域具有显著较大的厚度。然而，即使在这种情况下，出于本文所公开的目的的相关表面是在其上基本上产生红外辐射的发射的表面，并且可以通过在发射方向上的法线来描述。所述表面形成第一平面。因此，第一平面的法线优选地指示与其他方向相比红外辐射的发射强度最强的发射方向和/或与优选的发射方向相关的发射方向。所述第一平面优选地同时与可加热区域和非可加热区域形成(相交)平面。

所述微加热元件优选地至少部分地独立，并且允许由于很强的温度变化以及平移移动而例如在IR发射器内热膨胀。部分地独立意味着其在接口处至少部分地非正向和/或正向地连接至发射器的其他元件，并且因此在基本上垂直于接口的方向上具有移动自由度。

由红外发射器(IR发射器)发射的强度的调制可以通过对未调制束是不透射(不透明)的元件来对所述束进行控制的和可重复的暂时阻挡来实现。为此，光阑结构包括用于红外辐射的透射(透明)区域和不透射(不透明)区域。优选地，光阑结构的特征在于，其在与加热元件的第一平面平行的平面(第二平面)内包括用于红外辐射的透射区域和不透射区域。这些区域优选地沿线布置在第二平面内。

光阑(混合)结构优选地是平坦的元件，除了对红外辐射透射(透射)的区域之外，其还由对IR辐射不透射(不透明)的材料构成。透射区域可以例如由光阑结构中的平面内槽形成。类似地，在这些区域中，可以使用对辐射的光谱基本上透明的不同材料。可以等同地优选的是，该材料(用于形成光阑)对于红外辐射基本上是透明的，并且不透射区域是例如由对红外辐射基本上不透明的涂层形成的。

光阑结构的不透射区域是对红外辐射基本上不透明的材料。优选的是，这种材料在阻挡其中的红外辐射时不会被加热到使得其本身开始以与期望的调制特性相反的水平发射红外辐射的程度。因此，可以期望的是，材料基本上反射辐射和/或由吸收IR束产生的任何热被充分消散。

光阑结构的透射区域和不透射区域的布置或尺寸优选地与结构化微加热元件的可加热区域和非可加热区域的布置或尺寸匹配，使得在第一位置，可由可加热区域发射的IR辐射主要被光阑结构的不透射区吸收和/或反射，而在第二位置，可由可加热区域发射的IR辐射主要辐射通过光阑结构的透射区域。通过适当地选择光阑结构的透射区域和不透射区域的大小以及布置或者适当地选择结构化微加热元件的可加热区域和非可加热区域的大小以及布置，可以由此实现：例如在第一位置，可从可加热区域发射的IR辐射几乎完全被光阑结构的不透射区域吸收，而在第二位置，可从可加热区域发射的IR辐射几乎完全通过辐射区域的透射区域辐射。通过使微加热元件和光阑结构的结构对准，可以由此以简单的方式达到特别高的调制深度或高消光比。

作为示例，光阑结构可以基本上是平面的和矩形的，并且表现出缝状的透射区域。例如，这些透射区域可以垂直于矩形的长边延伸。在透射缝之间基本上是条状的不透射区域。可以优选的是，透射区域比矩形光阑结构的横向边短，使得所有不透射区域沿着光阑结构的至少一个纵向边彼此连接。尽管在这种情况下，不透射区域在几何上形成连接表面，但是在本发明的意义上，存在几个非可加热区域。特别地，用于IR辐射的透射区域和不透射区域沿着长方体的中心线交替，这允许相对于对应的结构化加热元件来进行根据本发明的调制。

优选地，可以提供基本独立的、自支撑的光阑结构。特别地，光阑结构的对于红外辐射是透射的(透明的)区域和不透射的(不透明的)区域意在根据光阑结构在第二平面内的定位来透射或阻挡由微加热元件发射的未调制束。因此，光阑结构和微加热元件应该能够相对彼此移动，使得未调制束在至少第一(相对)位置被不透射区域基本上阻挡，使得束的强度(在光阑结构的背离加热元件的一侧上)变为最小，并且基本上在至少第二(相对)位置通过透射区域透射，使得IR束的强度变为最大。在本文中，相对运动应该在两个平行平面之间发生。优选地，实际的移动可以通过在其平面中的光阑结构和/或通过在其平面中的微加热元件来执行。该移动优选地沿着优选方向在两个平面之一内发生。优选方向可以特别地由沿其布置有微加热元件和/或光阑结构的区域的方向来限定。当沿线布置对应的(非)透射区域和(非)可加热区域时，优选地意在发生线性相对移动。如果将区域布置在圆上，则旋转移动可以是优选的。

本领域技术人员熟悉不同的合适的致动器的设计和操作，特别是用于线性平移移动和旋转移动两者的MEMS致动器，或者可以参考相关的技术文献(尤其参见Judy J.W.(2006)Microactuators.In:Korvink J.G.,Paul O.(eds)MEMS:A Practical Guide toDesign,Analysis,and Applications.Springer,Berlin,Heidelberg,E.Thielick,E.Obermeier Microactuators and their technologies Mechatronics Vol.10,4-5,1June 2000,Pages 431-455,Elwenspoek,M.,Wiegerink,R.J.,MechanicalMicrosensors,Springer,Berlin,Germany,2001,M.Tabib-Azar Microactuators,Springer Science+Business Media New York 1998)。

术语诸如基本上、大致、大约等优选地描述小于±40％、优选地小于±20％、特别优选地小于±10％、甚至更优选地小于±5％、以及尤其是小于±1％的公差范围。类似地，优选地描述大致相等的大小。部分优选地描述至少5％、更优选地至少10％、以及更优选地至少20％、在某些情况下至少40％。例如，如果在上文中公开了一区域对于红外束基本上是透明的，则意味着束或部分束的整个强度在上述公差范围内通过所述区域透射。

光阑结构和微加热元件可以在平行平面中彼此移动。如果可调制的IR发射器设置有壳体，则光阑结构和/或微加热元件优选地相对于所述壳体可移动地安装。因此，可移动地安装的元件可以经由线性引导件连接到刚性元件。线性引导件优选地允许沿着一个方向线性移动，并且防止在其他方向上的移动或者限制在其他方向上的移动自由度。同时，线性引导件优选地允许在摩擦和维护尽可能小——例如通过滚动元件和/或滑动轴承——的情况下沿着一个方向移动。

致动器被配置成用于使光阑结构和微加热元件相对移动。特别地，致动器将电控制信号转换成移动。致动器可以是MEMS致动器，其例如是静电致动器。致动器可以直接连接到可移动光阑结构和/或可移动微加热元件。特别地，优选的是，致动器同时是可移动元件与IR发射器的刚性部分特别是与发射器的壳体的连接元件(接头)。因此，特别地，致动器还可以同时是线性引导件。特别优选的是，致动器是移动结构与发射器其余部分之间的唯一连接杆。否则，移动结构可以基本上是独立的。以这种方式，可以实现IR发射器的特别简单且紧凑的结构。特别优选的是，微加热元件通过致动器相对于光阑结构移动。因此，通过使微加热元件的可加热区域相对于光阑结构的对IR辐射透明的区域移动，可以通过在至少一个第一位置基本上阻挡IR辐射并且在至少一个第二位置使IR辐射基本上完全通过透射区域透射来执行对IR束的调制，使得可以在期望的时间过程中设置在这两个位置所达到的最小强度和最大强度之间的范围内的任何强度。因此，第一位置优选地对应于最小强度，并且第二位置优选地对应于最大强度。

可以通过相对移动来调整的、所发射的IR辐射的最大强度和最小强度之间的比被称为消光比。消光比可以直接由最大强度和最小强度之间的商来确定，并且优选地可以由所述商直接指定。然而，也可以优选的是，如在通信工程中常见的，该比以对数尺度分贝(dB)来表示。

如果致动器可以以适合于期望调制频率的调制频率在至少第一位置和第二位置之间的整个范围内执行相对移动，并且该致动器可以根据要求由电信号驱动，则该致动器优选地被配置成用于相对移动。

还可以优选的是，光阑结构通过致动器相对于加热元件移动。可以以相同方式实现上述调制。

如果微加热元件的特征在于例如以条带形式的几个可加热区域，则IR发射器的发射束的特征在于各个区域的部分束组合及其强度。因此，各个区域的精确几何辐射行为优选地取决于IR发射器的总体设计，例如取决于可加热区域的几何设计、从光阑结构到微加热元件的距离、用于准直束的透镜的定位等。

例如，可以将透镜放置在加热元件和光阑结构之间，但是也可以将透镜放置在光阑结构的背离加热元件的一侧上。此外，加热元件与光阑结构之间的距离可以足够小，使得光阑结构处于近场中。同样地，该距离可以较大，使得在光阑结构处的辐射由远场来描述。独立于此，优选的是，在光阑结构之间的相对运动内的第一位置，束基本上被光阑结构阻挡，而在另一第二位置，辐射或束基本上通过光阑结构透射。为了在调制期间达到所期望的消光比，决定性的是，IR发射器的最小强度和最大强度之间的比是适当的。因此，也可以优选的是，只要束在最小强度的第一位置被基本上阻挡，即使在最大强度的第二位置束也仅部分地透射，从而达到期望的消光比。优选地，要考虑的束强度与在束离开IR发射器并可供进一步使用后的束调制强度有关。优选地，最小强度和最大强度表示在紧靠光阑结构后的发射方向上的空间平均强度。

优选的是，光阑结构被设计为微加热元件的结构。特别地，这意味着考虑到由加热元件发射的未调制辐射的发散，对IR辐射透明的区域在形状、数量和间隔上与加热元件的可加热区域匹配。以这种方式，优选地，可以针对由可加热区域发射的每个部分束单独地实现期望的调制行为，并且因此，可以按照所期望那样等同地调制由部分束组成的总束。例如，在微加热元件包括多个平行条状可加热区域的情况下，也可以优选地使用相等数量的光阑结构平行条状透射区域。本领域技术人员将知道如何相对于光阑结构、微加热元件、两个部件的间隔等来设计IR发射器，以获得期望的调制特性。本领域技术人员将知道，例如，他可能必须将光阑结构的、透射条状区域之间的不透射条状区域选择为比微加热元件的可加热条状区域宽，以解决所发射的辐射的发散并在足够程度上阻挡所述辐射。

特别优选的是，对于通过在第一位置和第二位置之间的光阑结构由微加热元件发射的红外辐射，能够达到至少为2的消光比。所述比优选是最大强度和最小强度之间的直接商。然而，也可以优选地选择结构以允许较高的消光比，例如为至少3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、100、200、300、400、500或1000的消光比。消光比同样可以以dB表示，优选的是为至少3dB、至少10dB、至少20dB、至少30dB或至少40dB的消光比。优选的消光比允许特别良好地实现所需的应用，例如在光声光谱学中的应用。

在期望的调制深度处可实现的最大调制频率应当优选为至少1千赫兹(kHz)、特别优选为至少10kHz、更优选为至少20kHz、特别优选为至少30kHz、尤其是至少100kHz。特别优选的是实现在可听声音和/或超声范围内的调制频率，以用于光声光谱学中的应用。在其上实现期望的调制深度的调制带宽优选地涉及从0Hz到最大调制频率的整个频率范围。

还可以优选有更多的位置，而不仅仅是强度变为最小和/或最大的第一位置和/或第二位置。可以等同地优选的是，这些位置仅涉及局部强度的最大值和/或最小值，然而，局部强度的最大值和/或最小值也与另一位置一起满足期望的消光比。

期望的调制可以优选地在所发射的辐射强度的对应时间过程中找到表达。为了确定这样的期望的时间强度曲线的可行性，调制深度和可以在其上基本上实现该调制深度的带宽是特别重要的。此外，对IR发射器的电子控制的分辨率优选地与可行性相关。例如，可以用哪个频率来实现在最小强度和最大强度之间的哪个不同强度水平可以是很重要的。优选的是，IR发射器表现出电控制，该电控制对微加热元件以及加热元件与光阑结构之间的相对移动进行控制。

这样的控制可以例如通过控制设备来实现。通过控制设备，可以设置或调整期望的光谱、强度和调制。控制优选地意味着电控制信号被直接传输到致动器和微加热元件，这产生期望的辐射性质。在微加热元件的情况下，这意味着特别是可以设置或调整具体的温度和/或具体的时间温度曲线。此外，可以通过由致动器触发的相对移动(可能与温度曲线协调)来获得一定的调制信号。通常，调制信号是由控制设备产生的模拟信号。这又可以优选地例如从控制计算机接收合适的数字电子信号，该数字电子信号随后被控制设备转换成合适的致动信号。

特别优选地，IR发射器的若干零件诸如微加热元件和致动器是MEMS元件，这些元件表现出在微米范围内的小尺寸并且按照标准制造过程来制造。

现在将通过具体实施方式来说明可调制的红外发射器的结构。IR发射器优选地被容纳在由下部支撑件、侧部件和盖元件构成的壳体中。可以在承载件、盖元件和侧部件之间设置密封元件。密封元件可以用于减少容置在壳体内的微加热元件与壳体的外部环境的热交换。盖元件表现出施加的光阑结构。壳体内的结构化微加热元件包括单独的平行加热片层，其沿光阑结构的方向定向的表面表示第一平面中的可加热区域。沿着所述第一平面，非可加热区域位于可加热区域之间。这些区域分别被周期性地布置。光阑结构沿着第二平面布置，该第二平面平行于第一平面并且由对红外辐射透射(透明)的区域和不透射(不透明)的区域构成。

相对移动是通过梳齿驱动器形式的致动器来实现的，该致动器被直接耦接到微加热元件。致动器又被附接到壳体的侧部件。微加热元件仅经由致动器连接到壳体，除此之外是独立的。

在所描述的示例性实施方式中，光阑结构的不透射区域的数量等于微加热元件的可加热区域的数量。这些区域还被周期性地布置。不透射区域的宽度比可加热区域的宽度稍宽，使得当可加热区域通过致动器被定位在不透射区域正下方的第一位置时，它们的IR辐射基本上被阻挡，在该第一位置，从IR发射器发射的辐射表现出最小强度。通过将可加热区域移动到光阑结构的透射区域下方的第二位置，可以设置发射束的最大强度。在这种情况下，区域相对于彼此被配置成使得在第二位置发射的辐射强度与在第一位置发射的辐射强度之间的消光比至少达到2。

这样的IR发射器实现若干优选的特性，它调制快，调制深度(消光比)适合于许多应用，它紧凑、鲁棒且耐用。此外，与从现有技术中已知的调制方法相比，调制的带宽大幅提高。

在可调制的红外发射器的优选实施方式中，在第一位置，可从可加热区域发射的IR辐射主要被光阑结构的不透射(不透明)区域吸收和/或反射，而在第二位置，可从可加热区域发射的IR辐射主要横穿(经过)光阑结构的透射区域。

由于光阑结构和微加热元件在第一位置和第二位置之间的相对移动，该实施方式是可调制的红外发射器的优选实施方式。就这方面，光阑结构和微加热元件优选地在几何上对准，使得第一平面中的可加热区域和第二平面中的不透射区域可以沿着与所述平面正交的方向被定位成在彼此的顶部上。

优选地，不透射区域完全覆盖可加热区域并且在IR辐射的发射方向上被定位在可加热区域上方。完全覆盖特别地意味着不透射区域在第二平面内的每个方向上具有至少等于并且特别优选地大于第一平面中的可加热区域的延伸。优选的是，每个可加热区域以此方式被分配有不透明(不透射)区域。然而，也可以将不透射区域分配给几个可加热区域。重要的是，由可加热区域发射的IR辐射主要被光阑结构的不透射区域吸收和/或反射，即最重要的是不透射。

可以优选的是，不透射区基本上反射而不是吸收未调制辐射，以避免加热光阑结构。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，致动器耦接到加热元件，并且被配置成用于使加热元件相对于光阑结构平移移动。在该实施方式中，光阑结构优选是固定不动的，其中，光阑结构与微加热元件之间的相对移动是由加热元件的平移移动引起的，并且该移动由致动器发起。平移移动特别地是指加热元件的移位。该移位优选地在第一平面内发生。耦接特别地意味着在微加热元件和致动器的至少一个可移动元件之间存在直接的机械连接，使得可移动致动器元件的移动触发加热元件在期望方向上的移动。

致动器和加热元件可以优选地直接彼此连接。甚至可以优选的是，加热元件和致动器都包括相同的基板和/或由相同的基板制成。不仅可以存在与致动器的机械耦接，而且还可以存在热和/或电耦合。通过热耦合，可以实现加热元件的期望的非辐射热损失，从而以期望的方式影响加热元件的辐射和/或调制性质。电耦合可以实现加热元件的导电材料的可加热层的电接触。有利地，如果加热元件是可移动的，则光阑结构可以被安装为固定不动，例如被安装在壳体的盖元件中，这增加了发射器的鲁棒性。

然而，等同地优选的是，致动器被耦接到光阑结构并且被配置成用于使光阑结构相对于加热元件平移移动。

在该实施方式中，微加热元件优选地是固定不动的，其中，微加热元件与光阑结构之间的相对移动是通过光阑结构的平移移动来实现的，并且该移动由致动器触发。在这个情况下，平移移动优选地表示光阑结构的移位。这优选地发生在第二平面内。在该实施方式中，耦接特别地意味着在光阑结构与致动器的至少一个可移动元件之间存在直接的机械连接，使得可移动致动器元件的移动触发加热元件在期望方向上的移动。

致动器和光阑结构可以优选地直接彼此连接。甚至可以优选的是，光阑结构和致动器都包括相同的基板和/或由相同的基板制成。在致动器和光阑结构之间不仅可以存在机械耦接，而且还可以存在热耦合。热耦合可以用于消散由任何吸收的辐射对光阑结构的加热。然而，也可能期望的是光阑结构和致动器被热解耦合，以防止热从加热元件经由致动器传递到结构。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，红外发射器包括壳体，在该壳体中安装有光阑结构、微加热元件和致动器。在此，特别优选的是，光阑结构与壳体热解耦合。

优选地，壳体可以基于所安装的部件的尺寸和形状，可以等同地优选的是，壳体显著大于所安装的元件，以改善发射器的处理并创造鲁棒的设备。例如，微加热元件、致动器和/或光阑结构可以是MEMS元件和/或具有在(亚)微米范围内的尺寸，其壳体具有在厘米范围内的尺寸。

如以上已经描述的，可以是壳体内的致动器直接耦接到微加热元件/光阑结构。此外，在上面的示例性实施方式中已经描述了包括壳体的发射器的总体结构。

优选地，壳体表现出连续的外表面并且在内部是封闭的。微加热元件被安装在壳体内部。这允许其被保护免受外部影响，并防止IR辐射发射到外部，除了在适当定位时通过光阑结构的透射区域发射到外部外。致动器可以优选地附接到壳体的侧部件。

优选的是，微加热元件与壳体不是热隔离的，而是从加热元件到壳体的非辐射的热消散是可能的，使得热可以从加热元件消散。例如，可以在导电材料的电流承载可加热层产生的热与从加热元件消散到环境的热之间建立期望的平衡，可以产生期望的辐射特性和/或可以实现期望的调制特性。

例如，可以优选的是，部件壳体、微加热元件和/或致动器由相同的材料制成，并且在直接连接的元件之间存在足够的热传导。

壳体优选地可以包括用于其自身热消散的散热器。

期望的是，也安装于壳体中的光阑结构与其他元件，特别是与壳体热解耦合。优选地，这意味着通过在光阑结构与壳体或致动器之间的连接处使用至少一种合适的材料和/或通过连接点的合适的设计(例如，很小的连接面积和/或合适的连接厚度)，光阑结构不会显著地发热。优选地，加热是相对于当微加热元件关闭并且处于热平衡时的光阑结构的温度来描述的。

同样，可以优选的是，对于确定光阑结构的温度接近壳体的时间过程所必需的时间常数足够大。这可以例如大于1分钟、优选地大于10分钟、以及特别是大于一小时。

接头处的合适的材料优选地覆盖整个接头表面。合适的材料特别是指材料的热导率，以瓦特每米和开尔文(W/m·K)表示。在结合处的优选导热率小于10W/m·K、特别优选地小于1W/m·K、并且特别地小于0.1W/m·K。

优选地，在光阑结构与壳体或致动器之间和/或在连接至光阑结构的致动器与壳体之间的连接点处引入氧化层，以提供期望的热解耦合。氧化层特别地适合于在用于光阑结构的材料中提供热解耦合。而且，生产它们特别容易且不贵。

为了最小化在微加热元件和光阑结构之间的直接热传递，可以优选的是，壳体被配置成在这些部件之间的或在第一平面与第二平面之间的空间中产生真空。真空优选地是指压力小于30×10

还可以优选的是，对光阑结构进行冷却，以使其自身在调制束方向上发射的未调制IR辐射最小化。例如，可以为此使用珀耳帖元件和/或流体冷却。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，壳体包括盖元件，在盖元件中固定有光阑结构，并且其中，至少一个光学滤波器附加地安装在盖元件中。因此，光阑结构优选地被一体化到壳体中并且存在于壳体的由盖元件形成的一个外表面上。光阑结构可以基本上形成盖元件或被盖元件包围。

取决于IR发射器的使用，例如在不同的光谱学方法中，可以使用热辐射源的整个宽频率光谱，或者期望较窄的光谱。为了选择与微加热元件的未调制光谱显著地不同的期望光谱，可以优选地使用频率滤波器。有利地，这些可以一体化到盖元件中。

滤波器可以被定位在微加热件和光阑结构之间以及在光阑结构的另一侧上。

所使用的滤波器可以有利地表现出不同的滤波器特性，例如可以使用带通滤波器、短通滤波器、长通滤波器、陷波滤波器以及造成期望的光谱影响的这些滤波器的任意组合。可以根据应用灵活地选择滤波器起作用的频率或频率范围。

例如，可以将滤波器轮用作滤波器，在其上安装具有不同滤波器性质的滤波器。可以通过旋转滤波器轮来机械地选择所期望的滤波器。优选地，滤波器轮可以通过电驱动器旋转。

也可以设想使用法布里-珀罗滤波器。例如，可以使用这样的滤波器来选择非常窄的光谱。优选地，滤波器所基于的法布里-珀罗干涉仪是可调谐的，例如通过调谐温度或通过机械调整。因此，可以从原始束中灵活地选择期望的光谱。

同样地，可以优选使用合适的薄膜滤波器。这些特别容易制造并且非常紧凑。特别地，如果在制造过程中以一体化设计来制造IR发射器，则可以容易地将这样的薄膜滤波器的生产一体化到该过程中。这降低了成本。

薄膜滤波器的灵活组合或者采用例如可以通过改变温度来调谐的薄膜滤波器也是有利的。

也可以使用用于IR辐射的其他性质例如偏振的滤波器。优选地，它们也可以是盖元件的一部分。

在可调制的红外发射器的优选实施方式中，微加热元件包括基板，在基板上至少部分地沉积有导电材料的可加热层，在该可加热层上存在用于电流源和/或电压源的接触部。

基板优选地形成微加热元件的基部。在这个情况下，基板也可以至少部分地包括IR发射器的其他部件，诸如致动器和/或壳体元件。有利地，基板可以适当地通过既定的过程步骤来形成，特别是来自半导体和/或微系统制造的过程步骤来形成。随后，优选地，可以例如通过掺杂和/或涂覆将导电材料的可加热层施加到基板或一体化到基板中。可加热层优选地包括微加热元件的可加热区域。优选的是，可加热层与电能的源接触以建立电接触。主要地，要执行接触，以使可加热区域至少部分地被电流横穿并且以期望的方式发射IR辐射。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，基板选自包括以下的组：硅、单晶硅、多晶硅、二氧化硅、碳化硅、硅锗、氮化硅、氮化物、锗、碳、砷化镓、氮化镓和/或磷化铟。在半导体和/或微系统制造中，这些材料加工起来特别容易且不贵，并且也非常适合于批量生产。同样地，这些材料特别适合于掺杂和/或涂覆，以在特定区域中实现所期望的电性质、热性质和/或辐射性质。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，用于形成可加热层的导电材料选自包括以下的组：铂、钨、(掺杂的)氧化锡、单晶硅、多晶硅、钼、钛、钽、钛钨合金、金属硅化物、铝、石墨和/或铜。一方面，这些材料表现出期望的热性质、电性质、机械性质和/或辐射性质，并且另一方面，它们加工起来特别容易且不贵。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，微加热元件包括片层结构、曲折结构和/或栅格结构。

薄片层结构优选地是指平行延伸的相似层的布置。导电材料的可加热层优选地以片层形式布置。各个层，在下文中也称为片层，优选地以其表面垂直于第一平面的方式布置。

可以优选的是，片层是平面的，这特别地意味着片层在表面的两个维度中的每个维度中的延伸都大于在垂直于该表面的厚度维度中的延伸。例如，大小比可以至少为1.5比1。在本文中也涵盖了例如5比1或10比1的显著较大的比。片层与第一平面的相交表面或者片层的位于第一平面中的侧表面优选地形成微加热元件的可加热区域。

优选的是，在片层之间存在一些区域，这些区域可以是基板的不包括导电材料的可加热层的部分。这些区域与第一平面的相交部优选地形成非可加热区域。片层之间的区域优选地适于片层的热膨胀。

优选地，可加热的片层经由位于它们之间的基板彼此电接触，从而表现出与电能的源的共同接触。

片层在基板上的生产特别容易且不贵，并且特别适合用作可加热区域。

曲折结构优选地表示包括一系列相互正交的部段的结构。如果相邻片层在侧面处彼此连接，则这样的曲折结构可以例如由上述片层结构形成。曲折结构优选地由导电材料的可加热层形成。

曲折结构可以以不同方式布置在IR发射器内。优选地，第一平面或与其平行的平面可以用作结构的限定平面，例如用作对称平面。曲折结构与第一平面的相交表面和/或边界表面优选地形成可加热区域。优选的是，布置曲折结构使得可加热区域的面积被最大化。

优选地，在曲折结构的基本上相邻的平行连接的正交部段之间设置有基板，该基板不包括导电材料的可加热层。

这样的曲折结构在制造期间会有利。特别地，这样的结构固有地为导电材料的所有可加热层或所有可加热区域提供电接触。

曲折结构借助于导电材料的连续可加热层，可以表现出高电阻率，并且因此在产生IR辐射所期望的温度分布方面特别有效。

栅格(或网格、格子、光栅)主要是指周期性布置的结构。该结构优选地由导电材料的至少一个可加热层形成。优选地，该结构具有与代表微加热元件可加热区域的第一平面的接口和/或相交部。优选地，周期性结构沿着第一平面布置并且最大化可加热区域的面积。优选地，非可加热区域位于相邻的可加热区域之间。

这样的栅格为微加热元件的结构提供了很大的灵活性。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，关于微加热元件和光阑结构之间的可能的相对移动，在第一平面中周期性地布置微加热元件的可加热区域和非可加热区域，以及在第二平面中周期性地布置光阑结构的透射区域和不透射区域。

周期性优选地表示第一平面或第二平面内的区域的重复的空间距离。距离优选地为在相邻区域内的两个等同地布置的点之间的区域进行测量。这样的周期性布置的示例是在横向方向上彼此具有相同距离的条状可加热区域和/或透射区域。进一步优选的是，各个条带具有相同的尺寸。但是，对于条带的周期性而言，后者不是必需的。不同宽度的条带也可以表现出周期性，例如，当在横向边的垂直平分线之间测量相邻区域之间的距离时，这种周期性就变得明显。分别位于互补的可加热区域和透射区域之间并且也基本上是条状的非可加热区域和/或不透射区域由于互补区域的周期性，通常也表现出周期性，这可以在这些区域的至少两个点之间确定。

通过提供周期性结构，可以以特别简单的方式实现期望的束和/或调制行为。为了说明，设想单个条状可加热区域。在这种情况下，光阑结构包括两个条状的透射区域，在它们之间存在不透射的(不透明的)条状区域。现在，微加热元件将以预定频率f来回平移以进行调制。在此，平移周期包括以下移动：从不透射区域下方的可加热区域的位置到一个透射区域下方的位置，然后到另一透射区域，再回到起点。因此，在一个平移移动中，到达了透射变为最大的两个位置(第二位置)，并且两次到达透射变为最小的相同第一位置。

因此，在该示例中，在平移频率为f的情况下，IR发射器可以实现IR束的近似平均调制频率为2·f。在计算调制频率时，优选地注意到的是，在往复运动的反转点处及附近的平移运动具有与两个反转点之间的中间速度不同的速度。因此，调制频率通常只有平移频率的倍数左右。

可以设想周期性布置的(非)可加热区域和/或(非)透射区域的各种组合，以产生宽范围的期望的调制和/或束性质。例如，可以选择一状况，在该状况中可以实现大致x·f的调制频率，其中，f是平移运动的频率，并且x是整数，优选地由经过的第二位置和第一位置的数量确定。

上述的片层结构、曲折结构和/或栅格结构特别适合于周期性结构化微加热元件。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，微加热元件的可加热区域和非可加热区域的布置的空间周期等于透射区域和不透射区域的布置的空间周期。

通过以这样的方式匹配两个区域的周期，可以实现另外的优点。例如，可以优选的是，使用多个周期性布置的可加热区域来产生调制束，以获得期望的强度和/或束轮廓。如果将光阑结构的周期性等同地布置的(非)透射区域用于此目的，则即使在非常小的平移移动的情况下，也可以实现具有期望的消光比和频率的调制。因此，可以提供具有很大调制带宽的非常高效且小型化的IR发射器。特别地，较小的平移运动往往可以以较高的速度和/或频率和/或通过使用MEMS致动器来执行。

优选地，可加热区域的数量等于不透射区域的数量。

此外，优选的是，执行平移运动，从而在每个第二位置，在透射区域下方总是有相同数量的可加热区域，使得在不同的第二位置之间强度是不变的。

还可以优选的是，存在比透射区域更多的可加热区域，或者比可加热区域更多的透射区域。因此，优选地，对于平移频率f，可以获得实际频率与近似平均调制频率x·f的较小偏差，这是因为强度最大的多个第二位置可以优选地以基本上相同的速率通过。

在可调制的红外发射器的优选实施方式中，致动器是MEMS致动器，优选地选自包括以下的组：静电致动器、压电致动器、电磁致动器和/或热致动器。

MEMS致动器优选地是使用标准微系统技术制造方法制造的致动器，并且还有利地表现出μm级的尺寸。这样的致动器特别紧凑、鲁棒且维护成本低，并且制造它们可以是容易且不贵的。特别地，发射器的若干零件可以是MEMS元件，即具有以上提及的优选性质的元件，并且可以与MEMS致动器一起在一个制造步骤中制造。期望地，相同的基板可以用于制造的零件。这简化了制造过程并降低了制造过程的成本。

上述致动器特别适合于大量的快速、周期性平移移动，并且尤其是由于其紧凑的设计，具有较低的能量需求。此外，由于紧凑的设计、低惯性和线性运动，可实现的平移速度范围非常高。

出于调制的目的，可以期望的是，优选地通过耦接的致动器将热从微加热元件以最大可能的程度消散到壳体。因此，可以优选的是，致动器基本上或部分地由壳体材料制成。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，MEMS致动器是基于梳齿重叠和/或梳齿间隔的变化的梳齿驱动器形式的静电致动器。

MEMS梳齿驱动器从现有技术中是已知的，例如从专利申请DE 10 2017 206 183A1中是已知的。取决于实施方式，梳齿重叠和/或梳齿间隔可以改变。

已经认识到的是，这样的MEMS梳齿驱动器由于其尺寸和可产生的移动，因此特别适合于优选的平移运动和紧凑的IR发射器。

在可调制的红外发射器的另外的优选实施方式中，光阑结构的不透射区域在780nm至1mm的波长范围内具有小于0.1的透射率，并且光阑结构的透射区域具有大于0.9的透射率。

优选地，透射率描述了由微加热元件产生的IR辐射入射在相应区域上的强度的完全横穿(穿透)该区域的部分。透射率取决于入射辐射的光谱、所使用的材料以及要横穿的材料的厚度。本领域技术人员知道如何实现期望的性质。特别优选的是，不透射(不透明)区域具有的透射率小于0.05、更优选地0.01、以及尤其是小于0.005。

透射区域优选地具有大于0.95并且尤其是0.99的透射率。

如上所述，优选的是，不透射区域基本上是反射性的并且仅具有弱吸收性，使得光阑结构不会过度发热并且自身发射IR辐射。

光阑结构优选地包括金属，特别是选自以下的组的金属：铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、介电材料诸如Al(MgF

利用以这种方式设计的光阑结构，可以结合光阑结构的区域与微加热元件的区域之间的几何匹配，来实现具有期望的消光比的发射器的优选发射和调制特性。

在另一方面，本发明涉及一种用于如上所述的红外发射器的制造方法，其中，微加热元件的制造包括以下步骤：

对基板进行蚀刻；

将导电材料沉积在基板上；

可选地，图案化(结构化)导电材料以形成可加热层；

接触导电材料。

例如，以上提及的优选材料之一可以用作基板。在蚀刻期间，可以将毛坯例如晶片形成为微加热元件的期望的基本形状。在下一步骤中，沉积用于可加热层的导电材料。特别地，要包括可加热区域。

如果期望对导电材料进行另外的结构化(图案化)，则可以例如通过另外的蚀刻过程来进行。同样地，可以沉积额外的材料或可以通过常规过程进行掺杂。

为了接触导电材料，可以通过常规过程将合适的材料例诸如铜、金和/或铂额外地沉积在导电材料上。为此，可以优选地使用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或电化学沉积。

以这种方式，可以生产出特别细微的结构化微加热元件，其优选地具有在微米范围内的尺寸。同样地，这些制造步骤已被证明是特别成功的，并且属于半导体加工中的标准过程步骤。

在制造过程的另外的优选实施方式中，蚀刻和/或图案化(结构化)选自包括干法蚀刻、湿法化学蚀刻和/或等离子体蚀刻、特别是反应性离子蚀刻、反应性离子深蚀刻(波希法)的组；和/或沉积选自包括物理气相沉积(PVD)、特别是热蒸镀、激光束蒸镀、电弧蒸镀、分子束外延、溅射、化学气相沉积(CVD)和/或原子层沉积(ALD)的组。

这些过程特别适合于制造具有在微米范围内的大小的细微结构。特别地，波希法可以生产具有高长径比的非常细微的结构，这对于优选地被完全一体化到发射器结构的其余部分中的紧凑、高效的微加热元件是有利的。

在另一方面，本发明涉及一种系统，包括

a)本文所描述的可调制的红外发射器

b)控制设备，

其中，控制设备被配置成调节致动器，以使加热元件和光阑结构在第一位置和第二位置之间相对移动。

控制设备优选地使能够输入并且将该输入转换为合适的控制信号。例如，输入可以是期望的光谱、强度和/或调制频率。控制设备主要产生适当的模拟电信号，该模拟电信号被传给致动器和/或微加热元件以产生期望的IR辐射。

然而，也可以将更复杂的信号用作输入，其指定了对于所期望的光谱的输出IR辐射的精确时间幅度曲线。在这种情况下，控制设备还优选地提供合适的控制信号以产生期望的调制IR辐射。

特别地，控制设备被配置成用于调节致动器，从而在加热元件和光阑结构之间在(至少)第一位置和(至少)第二位置之间进行相对移动。出于该目的，产生触发致动器的所需平移移动的电信号。

优选地，控制设备包括控制回路，其中，反馈机构可以用于校正在期望的控制与致动器的实际移动和/或微加热元件的加热之间的差异。

可以优选的是，可以通过控制设备来调节微加热元件的温度曲线，以对红外辐射进行额外的缓慢调制。

该系统的控制设备可以被定位在外部或一体化到IR发射器中。

控制设备优选地包括处理器，例如微处理器。也可以使用在数字电子设备中用于控制的其他集成电路。

使用包括合适的控制设备的这样的系统，可以大幅简化IR发射器的期望使用。例如，可以在PC上设计合适的光谱学信号。经由输入，期望的信号随后被传输至控制设备。控制设备又产生驱动信号，该驱动信号产生与理论规格高度一致的对应IR信号。

控制设备，特别是一体化在发射器中的控制器形式的控制设备，非常紧凑并且易于操作。控制设备优选地包括例如用于连接到计算机的合适的接口。还可能期望的是，可以经由该接口将数据诸如加热元件的当前温度或其他状态信息从控制器传递到输入设备。

在系统的另外的优选实施方式中，控制设备被配置成优选地在50℃至1000℃之间的范围内调节微加热元件的可加热区域的温度。

这样的控制设备优选地能够向微加热元件提供合适的电功率。特别地，应该可以足够精确地调整温度和/或保持温度恒定。为此，可以使用具有反馈回路的控制机构。为了测量微加热元件的当前温度，例如，可以在加热元件上的适当位置处一体化至少一个温度传感器。

这样的控制设备允许特别容易且可靠地控制IR发射器的光谱和/或强度。

在该系统的另外的优选实施方式中，控制设备被配置成调节致动器，以使加热元件和光阑结构进行振荡式相对移动，在振荡期间至少经过(横穿)第一位置和第二位置。

优选地，由致动器触发的平移移动在(至少)第一位置和(至少)第二位置之间规律地重复，使得在这些位置之间发生振荡并且平移移动表现出周期性。因此，在平移移动结束时，优选地应再次到达移动的起点，并在接下来的周期内重新执行该移动。如上所提及，在平移频率为f时，第一位置和第二位置的经过(横穿)数量x表示通过x·f得出的调制频率。优选地，相同的第一位置和/或第二位置可以多次被经过，以及在一个平移周期内多个第一位置和/或第二位置可以被经过。

还可以在控制设备和/或致动器的电子分辨率和/或带宽的范围内对平移频率进行无级调整，并且因此调整调制频率。因此，调制频率可以优选地随时间变化。

还可以优选的是，不仅平移频率，而且平移幅度也在致动器的运动可能性范围内变化。例如，取决于光阑结构和/或加热元件的设计，在一个平移周期内经过(横穿)的不同的第一位置和/或第二位置的数量可以变化。因此，例如，如上所描述的，IR辐射的调制频率也可以变化，同时使平移频率保持恒定。

因此，提供了一种系统，通过该系统可以实现IR辐射的调制频率的非常灵活且有效的变化。

在该系统的另外的优选实施方式中，控制设备被配置成调节致动器以使加热元件和光阑结构进行振荡式相对移动，使得所发射的红外辐射的辐射功率的调制频率达到10Hz至100kHz之间、特别优选地在100Hz至20kHz之间。

为此，特别优选的是，所有所需的部件诸如控制装置、致动器等，都能够实现所需的带宽。

上述频率已经被证明对于光谱学领域中的优选应用特别有效。特别是，这些频率已被证明尤其适合于在光声光谱学中使用，因为它们涵盖了广泛范围的声学频率，该声学频率的产生是该光谱学方法的主要重点。

在另一方面，本发明涉及一种用于调制发射红外辐射的方法，包括

提供根据所述实施方式中的任何实施方式的可调制的红外发射器；加热微加热元件的可加热区域以发射红外辐射；

控制致动器以使光阑结构和微加热元件在至少第一位置和第二位置之间相对移动，以调制所发射的红外辐射的辐射功率。

本领域的普通技术人员将认识到，根据本发明的IR发射器和系统的优选实施方式的技术特征、定义和优点也适合于根据本发明的方法。

在另一方面，本发明涉及根据前述描述的可调制的红外发射器或根据前述描述的系统用于选自包括光声光谱学和/或红外光谱学的组中的光谱学方法的用途。

所描述的IR发射器可以尤其地用于红外光谱学中。然而，具有宽光谱并且可以被调制的紧凑、寿命长的IR发射器对于各种应用都是令人感兴趣的。

例如，可以通过使用可调谐滤波器以在不同时间选择发射器光谱的不同频率，来使用时间分辨测量以选择IR发射器的具体频率范围。调制又可以从中阻挡某些频率，并传输其他频率，从而发射具有基本上明确频率的IR脉冲。结果，在例如吸收光谱的时间分辨记录中，可以精确地确定在每个情况下吸收的频率。

在光声光谱学中使用紧凑、寿命长且高频率可调制的IR发射器是特别有利的。尤其对于光声光谱学而言，许多应用是可以设想到的，这些应用并不是在实验室中进行的，且必须在日常生活中起作用。示例为用于检测有毒气体或检测周围空气中的(有害)物质的军事应用。由于高调制频率，与对加热元件的直接调制相比，可以获得较好的信噪比，并且非直接调制的发射器也更耐用。

在另一方面，本发明涉及一种用于分析气体的光声光谱仪，包括

根据前述实施方式中任何实施方式的可调制的红外发射器；

可充入气体的分析容积，

声学检测器，

其中，分析容积被定位在红外发射器和声学检测器之间，使得由红外发射器调制发射的红外辐射可以用于气体的光声光谱学。

本领域技术人员熟悉光声光谱学、如何进行该技术以及在该过程中使用了哪些部件。由于紧凑且寿命长的IR发射器在现有技术中是未知的，因此可以以适合于日常使用的特别紧凑的方式来制造整个机构。由于高调制频率，因此分析的可能性极其多种多样。同时，可以增加信噪比，这对于具有高频率的声学检测器来说较好。因此，例如可以降低典型的1/f噪声。

详细说明

在下文中，将在不限于示例和附图的情况下，通过这些示例和附图更详细地说明本发明。

附图说明

图1示出了IR发射器的示意图。

图2示出了在时间T＝0时，在加热元件的平移周期期间IR发射器调制IR束的示意图。

图3示出了在时间T＝1/4时，在加热元件的平移周期期间IR发射器调制IR束的示意图。

图4示出了在时间T＝2/4时，在加热元件的平移周期期间IR发射器调制IR束的示意图。

图5示出了在时间T＝3/4时，在加热元件的平移周期期间IR发射器调制IR束的示意图。

图6示出了在时间T＝1时，在加热元件的平移周期期间IR发射器调制IR束的示意图。

具体实施方式

图1示出了可调制的红外发射器1的示意性截面图。IR发射器被容纳在壳体18中，该壳体由下部支撑件19、侧部件23和盖元件21构成。密封元件25可以分别存在于支撑件19与侧部件23之间、盖元件21与该侧部件之间。这些密封元件21用于减少发射器1的其中存在微加热元件5的内部与IR发射器1的外部环境的热交换。盖元件21在顶部处包括施加的光阑结构3。壳体18内的结构化微加热元件5包括单独的平行加热片层17。加热片层17的沿光阑结构3的方向定向的表面表示在第一平面10中的可加热区域9。沿着所述第一平面10，周期性布置的非可加热区域11位于周期性布置的可加热区域9之间。光阑结构沿着第二平面12布置，该第二平面平行于第一平面10并且由对红外辐射透射(透明)的区域13和不透射(不透明)的区域15构成。这些也周期性布置并具有相同的周期。加热元件5和光阑结构3之间的相对移动通过梳齿驱动器形式的致动器7来实现，该致动器被直接耦接到微加热元件5。致动器7又附接到壳体18的侧部件23。除了连接到致动器7之外，微加热元件5是独立的。

光阑结构3的不透射区域15的数量等于微加热元件5的可加热区域9的数量。不透射区域15的宽度比可加热区域9的宽度稍宽，使得当可加热区域9通过致动器7被定位在不透射区域15正下方的第一位置时，它们的IR辐射基本上被阻挡。在所述第一位置，从IR发射器1发射的辐射表现出最小强度。通过将可加热区域9移动到光阑结构3的透射区域13下方的第二位置(未示出)，可以设置发射束的最大强度。在这种情况下，以这样的方式设计区域，使得在第一位置发射的辐射强度与在第二位置发射的辐射强度之间的消光比达到至少2。

图2示出了在时间T＝0时，在平移周期期间于周期的开始处的图1的可调制的红外发射器1。在此，直接耦接到致动器7的微加热元件5的所有可加热区域9被该致动器定位在光阑结构3的不透射(不透明)区域15正下方的第一位置。在这种情况下，由可加热区域9发射的未调制辐射29基本上被不透射区域15吸收和/或反射，并且IR束的发射强度最小。在所示的实施方式中，透镜27存在于发射器上、光阑结构3上方，并且用于准直经调制的红外束。

图3示出了在时间T＝1/4时，在平移周期期间于四分之一的周期长度之后的可调制的红外发射器1。在此，微加热元件5的所有可加热区域9被致动器7定位在光阑结构3的透射区域13正下方的第二位置。通过致动器7进行的微加热元件5的平移移动向右行进。由此，未调制的辐射29基本上辐射通过透射区域13，并且IR束的发射强度最大。

图4是在时间T＝2/4时，在平移周期期间于整个周期持续时间的一半之后的可调制的红外发射器1的表示。微加热元件5已经平移回到左侧的初始位置。如图2中的时间T＝0，微加热元件5的所有可加热区域9被致动器7定位在光阑结构3的不透射区域15正下方的(相同的)第一位置，并且未调制的辐射29基本上被吸收和/或反射。IR束的发射强度再次最小。

图5示出了在时间T＝3/4时，在平移周期期间于经过四分之三的周期长度之后的可调制的红外发射器1。微加热元件5的可加热区域9已经被致动器7进一步向左平移到光阑结构3的透射区域13正下方的另一第二位置。现在，未调制的辐射29再次基本上辐射通过透射区域13，并且IR束的发射强度再次达到最大。

在图6中，在平移周期结束时，可调制的红外发射器1已向右平移回到移动的起点。可加热区域9再次处于不透射区域15的正下方的第一位置。未调制的辐射29基本上被吸收和/或反射，并且IR束的强度最小。现在，可以按照相同的顺序重新开始新的平移周期。所示出的周期的结束时间与接下来的周期的开始时间一致。

在遍历平移周期，如图3至图6所示，第一位置被经过两次，而两个不同的第二位置被经过一次。周期的结束点被分配给下一周期，该结束点代表下一周期的起点。因此，强度在一个平移周期内两次最大和两次最小。因此，在平移频率为f的情况下，IR束以大约2·f的平均频率进行调制。

注意的是，可以使用本发明的所述实施方式的不同替代方案来实施本发明并获得根据本发明的解决方案。因此，根据本发明的红外发射器、系统、方法及其用途在其实施方式方面不限于前述优选实施方式。相反，可以设想到许多实施方式，这些实施方式可能偏离所提出的解决方案。权利要求的目的是限定本发明的保护范围。权利要求的保护范围旨在涵盖根据本发明的红外发射器、系统、其使用的方法以及其等效实施方式。

附图标记清单

1 调制红外发射器

3 光阑结构

5 结构化微加热元件

7 致动器

9 可加热区域

10 第一状态

11 非可加热区域

12 第二状态

13 透射(透明)区域

15 不透射(不透明)区域

17 加热片层

18 壳体

19 支撑件

21 盖元件

23 侧部件

25 密封元件

27 透镜

29 未调制辐射