DE10226305C1 - Tunable narrowband filter for IR spectral measurements based on electrostatically-driven micromechanical Fabry-Perot interferometer - Google Patents
Tunable narrowband filter for IR spectral measurements based on electrostatically-driven micromechanical Fabry-Perot interferometerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein durchstimmbares Bandpassfilter für die Infrarot-Messtechnik auf der Basis eines Fabry- Perot-Interferometers.The invention relates to a tunable bandpass filter for infrared measurement technology based on a Fabry Perot interferometer.
Schmalbandige spektrale Messungen im nahen bis fernen Inf rarotbereich haben eine breite Anwendung in der indus triellen und medizinischen Gasmesstechnik, in der Pyro metrie, der Flammendetektion und weiteren Bereichen gefun den. Mittels spezieller Bandpassfilter werden definierte Bereiche aus dem Gesamtspektrum herausgefiltert und für die Messung stoffspezifischer Eigenschaften verwendet. Für einfache Messaufgaben, z. B. Gasmonitor oder Verhältnispy rometer reichen häufig ein bzw. zwei spektrale Kanäle aus. Dafür werden Infrarot-Sensoren (thermische Sensoren, pho tovoltaische und photoleitende Halbleitersensoren) bereits durch den Hersteller mit Schmalbandfiltern ausgerüstet. Die Messung in mehreren Spektralkanälen erfordert aber zur spektralen Selektion entweder eine "klassische" Konstruk tion aus breitbandigem Sensor und motorbetriebenen Filter rad oder mehrkanalige Sensoren (vielfach bezeichnet als Multispektral- oder Multicolor-Sensoren). Die seit vielen Jahrzehnten industriell gefertigten Filterrad-Konstruktio nen sind nicht miniaturisierbar, teuer und aufgrund der bewegten Teile störanfällig.Narrow band spectral measurements in the near to far inf infrared range have a wide application in the indus trial and medical gas measurement technology, in the pyro measurement, flame detection and other areas the. Specific bandpass filters are used to define Filtered out areas from the entire spectrum and for used the measurement of substance-specific properties. For simple measuring tasks, e.g. B. gas monitor or ratio Py One or two spectral channels are often sufficient. For this, infrared sensors (thermal sensors, pho tovoltaic and photoconductive semiconductor sensors) already equipped with narrow band filters by the manufacturer. However, measurement in several spectral channels requires spectral selection either a "classic" construct tion of broadband sensor and motor-operated filter rad or multi-channel sensors (often referred to as Multispectral or multicolor sensors). The many Decades of industrially manufactured filter wheel construction NEN are not miniaturizable, expensive and because of the moving parts prone to failure.
Multicolorsensoren arbeiten mit mehreren separaten opti schen Kanälen. Die Baugröße der Meßgeräte kann verkleinert werden, jedoch sind die Spektralkanäle der Sensoren auch hier bereits zum Zeitpunkt der Herstellung durch Schmal bandfilter festgelegt und die Kanalzahl begrenzt. Weiter hin erhöhen sich die Kosten der Multicolorsensoren mit zu nehmender Anzahl der Spektralkanäle nicht unerheblich. Viele Messaufgaben der industriellen Messtechnik erfordern aber stark variierende kundenspezifische Spektralkanäle und deutlich höhere Kanalanzahlen.Multicolor sensors work with several separate opti channels. The size of the measuring devices can be reduced , but the spectral channels of the sensors are too here already at the time of manufacture by Schmal band filter set and the number of channels limited. more the costs of the multicolor sensors also increase increasing number of spectral channels is not insignificant. Many measurement tasks in industrial measurement technology require but widely varying customer-specific spectral channels and significantly higher numbers of channels.
Eine bevorzugte Lösung stellt die Verwendung eines durch stimmbaren Filters auf der Basis eines Fabry-Perot- Interferometers (FPI) dar, wobei die spektrale Abstimmung des Filters durch die Abstandsänderung einer planparalle len Spiegelanordnung erfolgt.A preferred solution is to use one tunable filter based on a Fabry-Perot Interferometers (FPI) represent the spectral tuning the filter by changing the distance of a plane parallel len mirror arrangement takes place.
Aufbauten, die sich der sogenannten Mikromechanik bedie nen, sind z. B. in EP 0668490, US 5646729, WO 99/34484 und DE 43 34 578 C2 wiederholt beschrieben worden. Die Oberflä chenmikromechanik beschränkt den Spiegelabstand jedoch auf wenige Mikrometer, da sogenannte vergrabene Opferschichten benötigt werden um den Resonatorraum durch Freiätzen her zustellen. Fabry-Perot-Interferometer mit Zentralwellen längen von 10 µm und mehr sind deshalb schwierig zu ferti gen. Nachteilig ist weiterhin, das die Performance (z. B. die spektrale Halbwertsbreite) der realisierten Fabry- Perot-Interferometer gering ist. Die geringe Performance resultiert aus dem niedrigen Reflexionsgrad der dielektri schen Spiegel sowie hauptsächlich aus der Verwölbung der beweglichen Membran durch die herstellungsbedingten inter nen Spannungen der abgeschiedenen Schichten. Zusätzliche Verwölbungen entstehen bei der Abstimmung des FPI selbst. Die Kraftwirkung auf die am Rand fest eingespannte Membran führt zur Verbiegung der gesamten Membran, von der auch der Teil der Membran, der als Spiegel ausgebildet ist, in Mitleidenschaft gezogen wird.Structures that use the so-called micromechanics NEN, z. B. in EP 0668490, US 5646729, WO 99/34484 and DE 43 34 578 C2 has been described repeatedly. The surface Chen micromechanics, however, limits the mirror spacing to a few micrometers, since so-called buried sacrificial layers are needed around the cavity by free etching to deliver. Fabry-Perot interferometer with central waves lengths of 10 µm and more are therefore difficult to manufacture Another disadvantage is that the performance (e.g. the spectral half-value width) of the realized Fabry Perot interferometer is low. The low performance results from the low reflectance of the dielectri mirror and mainly from the warping of the movable membrane due to the manufacturing-related inter tensions of the deposited layers. additional Warping occurs when the FPI itself is coordinated. The force effect on the membrane firmly clamped at the edge leads to bending of the entire membrane, of which too the part of the membrane which is designed as a mirror in Is affected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein durchstimmba res Bandpassfilter auf der Basis eines Fabry-Perot- Interferometers zu schaffen, bei dem sich der Spiegel mög lichst wenig beim Abstimmen deformiert und der Resona torspalt mehrere Mikrometer betragen kann.The invention has for its object a tunable res bandpass filter based on a Fabry-Perot To create interferometers with which the mirror can little deformed when tuning and the resona gate gap can be several micrometers.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein mikromechani sches Fabry-Perot-Interferometer entsprechend der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltende Merkmale sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.According to the invention, the task is performed by a micromechani Fabry-Perot interferometer according to the characteristics of claim 1 solved. Design features are in claims 2 to 4 described.
Das erfindungsgemäße mikromechanische Fabry-Perot- Interferometer besteht aus mehreren Siliziumwafern, die mit Methoden der Volumenmikromechanik strukturiert und durch Waferbonden zu einem Bauteil verbunden werden. Der bewegliche Spiegel besteht aus zwei Teilen, dem Spiegel träger und dem eigentlichen Spiegel, die aus relativ di cken deformationsunempfindlichen Siliziumwafern herge stellt werden. Aufgrund der sehr geringen Rautiefe der po lierten Oberflächen und der hohen Planparallelität sind Siliziumwafer sehr gut für Spiegel und Spiegelträger ge eignet. Der bewegliche Spiegel sowie der Spiegelträger sind an ätztechnisch hergestellten Biegefedern elastisch aufgehangen. Die Biegefedern befinden sich jeweils auf ei ner Wafer-Seite und verbinden die Eckpunkte von Spiegel und Spiegelträger mit dem Rahmen. Nach dem Waferbonden von Spiegel und Spiegelträger erhält man eine parallelogramm artige Struktur aus Biegefeder, Rahmen, Spiegel und Spie gelträger, die eine Federgelenkführung für eine Bewegung in Spiegelnormalenrichtung realisiert (Festkörpergelenk viereck). So wird eine Verkippung des beweglichen Spiegels verhindert. Auf Wafer 4 befinden sich der feste Spiegel, Elektroden zur Positionierung des beweglichen Spiegels sowie die elektrischen Anschlusskontakte.The micromechanical Fabry-Perot interferometer according to the invention consists of several silicon wafers which are structured using methods of bulk micromechanics and connected to a component by wafer bonding. The movable mirror consists of two parts, the mirror support and the actual mirror, which are made of relatively thick deformation-resistant silicon wafers. Due to the very shallow roughness of the polished surfaces and the high plane parallelism, silicon wafers are very suitable for mirrors and mirror carriers. The movable mirror and the mirror support are elastically suspended from the bending springs manufactured using etching technology. The spiral springs are located on each side of the wafer and connect the corner points of the mirror and mirror support to the frame. After the wafer bonding of the mirror and mirror support, a parallelogram-like structure consisting of spiral spring, frame, mirror and mirror support is obtained, which realizes a spring joint guide for movement in the normal direction of the mirror (solid body joint square). This prevents the movable mirror from tilting. The fixed mirror, electrodes for positioning the movable mirror and the electrical connection contacts are located on wafer 4 .
Der Spalt dopt zwischen den dielektrischen Schichtstapeln
bildet den Resonatorraum und bestimmt nach Gleichung (1)
die Zentralwellenlänge λ0 des FPI:
The gap d opt between the dielectric layer stacks forms the resonator space and determines the central wavelength λ 0 of the FPI according to equation (1):
m λ0 = 2 n dopt, (1)
m λ 0 = 2 nd opt , (1)
wobei n die Brechzahl des Mediums im Resonatorraum, in diesem Fall Eins für Luft und m die Ordnungszahl der In terferenz ist. Für die Regelung des Resonatorspaltes wird ein elektrostatischer Antrieb verwendet. Die Antriebs- und Kontrollelektroden sind von den dielektrischen Schichtsta peln funktional entkoppelt. Der Elektrodenabstand wird so groß gewählt, dass mit ca. 30% Abstandsänderung das FPI vollständig durchgestimmt werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass bei Unterschreiten eines Abstandes von etwa 70% des Elektrodenspaltes der Abstand aufgrund des Pull-In-Effekts nicht mehr stabil geregelt werden kann.where n is the refractive index of the medium in the cavity, in in this case one for air and m is the atomic number of the In is conference. For the regulation of the resonator gap an electrostatic drive is used. The drive and Control electrodes are from the dielectric layer function decoupled. The electrode gap will be like this large that the FPI with approx. 30% change in distance can be completely tuned. In this way is prevented from falling below a distance about 70% of the electrode gap due to the distance the pull-in effect can no longer be regulated stably can.
Für die Performance des durchstimmbaren FPI ist ein defi nierter, hoher Reflexionsgrad im Durchstimmbereich Voraus setzung. Um eine relative spektrale Bandbreite Δλ/λ0 von z. B. 2% zu erreichen, welche typisch für viele Anwendun gen von Infrarot-Filtern sind, muß entsprechend Gleichung 2 der Reflexionsgrad R etwa 94% betragen.A defined, high degree of reflection in the tuning range is a prerequisite for the performance of the tunable FPI. By a relative spectral bandwidth Δλ / λ 0 of z. B. 2% to achieve, which are typical for many applications of infrared filters, must be according to equation 2, the reflectance R about 94%.
Da gleichzeitig eine sehr kleine Absorption notwendig ist, können die Spiegel nur aus Folgen niedrig- und hochbre chender dielektrischer Schichten mit geringer Absorption, z. B. niedrigbrechende SiO2- und hochbrechende Poly-Si- Schichten, gebildet werden. Mit zunehmender Anzahl der Doppelschichten erhöht sich der Reflexionsgrad und der nutzbare Wellenlängenbereich wird breiter.Since at the same time a very small absorption is necessary, the mirrors can only from low and high-break dielectric layers with low absorption, z. B. low-index SiO 2 - and high-index poly-Si layers are formed. As the number of double layers increases, the degree of reflection increases and the usable wavelength range becomes wider.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert. Es zeigen: In the following the invention is carried out in an embodiment game explained in more detail. Show it:
Fig. 1 Draufsicht auf das FPI, obere Ebene nicht darge stellt Fig. 1 top view of the FPI, upper level is not Darge
Fig. 2 Querschnitt A-A des mikromechanischen FPI Fig. 2 cross section AA of the micromechanical FPI
Fig. 3 Querschnitt B-B des mikromechanischen FPI ent lang der Biegefedern Fig. 3 cross section BB of the micromechanical FPI ent along the spiral springs
Fig. 4 Spektraler Reflexionsgrad der dielektrischen Spiegel Fig. 4 spectral reflectance of the dielectric mirror
Das durchstimmbare Fabry-Perot-Interferometer entsteht aus vier vorstrukturierten 300 µm dicken Siliziumwafern 1, 2, 3 und 4 in einem Batchprozeß, wobei zahlreiche FPI gleich zeitig hergestellt werden. Die Wafer werden durch direktes Siliziumbonden gefügt. Es erfolgt zunächst die Verbindung der Wafer 2 und 3, die den beweglichen Spiegel beinhalten. Anschließend werden die Wafer 1 und 4 gleichzeitig auf den Verbund gebondet, wobei Justagelöcher und Justagestifte zur Ausrichtung der Wafer zueinander benutzt werden. Nach Herstellung der Bondverbindung erfolgt die Metallisierung der elektrischen Anschlusskontakte 14. Anschließend werden die ca. 8 × 8 mm2 großen FPI-Chips durch Sägen vereinzelt. Zwischen Wafer 1 und 2 sowie 3 und 4 sind dünne Oxid schichten 13 zur elektrischen Isolation der Einheit Spie gel 7/Spiegelträger 5 von Wafer 1 und Wafer 4 sowie zur Isolation der Elektroden 10 von Wafer 4 angeordnet. Biege federn mit 45°-Ausrichtung und nahezu rechteckförmigen Querschnitt (100 × 70 µm2) verbinden die Eckpunkte von Spiegel 7 und Spiegelträger 5 mit dem Rahmen 8. Der beweg liche Spiegel 7 wird elektrostatisch in Richtung zum fest stehenden Spiegel 9 durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen den Elektroden 10 und dem beweglichen Spiegel 7 oder in entgegengesetzte Richtung durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen Wafer 1 und dem Spiegelträger 5 aus seiner Ruhelage bewegt. Die Elektroden 10 dienen in Zusammenhang mit dem beweglichen Spiegel 7 gleichzeitig auch zur kapazitiven Detektion von Resonatorspalt und Ver kippung des beweglichen Spiegels 7. Der Resonatorspalt zwischen den dielektrischen Schichtstapeln 12 beträgt 2,0 µm im Ruhezustand während der Elektrodenspalt 2,6 µm beträgt. Durch Änderung des Elektrodenspaltes um ± 0,65 µm, wofür eine Steuerspannung von 14 V an den Elekt roden 10 bzw. am Wafer 1 ausreicht, wird das FPI im Spekt ralbereich von 3,0 µm bis 4,5 µm abgestimmt, ohne das unkontrollierte Pull-In der Elektroden befürchten zu müssen. Die Abweichungen von Gleichung (1) werden durch zusätzliche Phasenverschiebungen bei der Reflexion an den dielektrischen Schichtstapeln hervorgerufen.The tunable Fabry-Perot interferometer is made from four pre-structured 300 µm thick silicon wafers 1 , 2 , 3 and 4 in a batch process, with numerous FPIs being produced at the same time. The wafers are joined by direct silicon bonding. Wafers 2 and 3 , which contain the movable mirror, are first connected. Subsequently, wafers 1 and 4 are bonded to the composite at the same time, alignment holes and alignment pins being used to align the wafers with one another. After production of the bond connection, the metallization of the electrical connector contacts 14 is carried out. The approximately 8 × 8 mm 2 FPI chips are then separated by sawing. Between wafer 1 and 2 as well as 3 and 4 , thin oxide layers 13 for electrical insulation of the unit mirror 7 / mirror carrier 5 of wafer 1 and wafer 4 and for insulation of the electrodes 10 of wafer 4 are arranged. Bending springs with a 45 ° orientation and an almost rectangular cross section (100 × 70 µm 2 ) connect the corner points of mirror 7 and mirror support 5 to frame 8 . The movable mirror 7 is moved electrostatically towards the fixed mirror 9 by applying a control voltage between the electrodes 10 and the movable mirror 7 or in the opposite direction by applying a control voltage between the wafer 1 and the mirror support 5 from its rest position. The electrodes 10 are used in conjunction with the movable mirror 7 at the same time for capacitive detection of the resonator gap and tilting of the movable mirror 7 . The resonator gap between the dielectric layer stacks 12 is 2.0 μm in the idle state, while the electrode gap is 2.6 μm. By changing the electrode gap by ± 0.65 µm, for which a control voltage of 14 V on the electrodes 10 or on the wafer 1 is sufficient, the FPI is tuned in the spectral range from 3.0 µm to 4.5 µm without the uncontrolled Fear of pull-in electrodes. The deviations from equation (1) are caused by additional phase shifts in the reflection on the dielectric layer stacks.
In Fig. 4 ist der Reflexionsgrad von dielektrischen Spie geln aus zwei bzw. drei Doppelschichten mit Schichtdicken λ/4.n = 950 nm dargestellt. Im Spektralbereich von (3,1- 4,8) µm erreicht man jeweils Reflexionsgrade von 93% bzw. 97% sowie Maxima von jeweils 97% bzw. 99% bei der Designwellenlänge von 3,8 µm für zwei bzw. drei Doppel schichten. Da 300 µm dicke Si-Substrate verwendet werden, ist die Deformation durch Schichtspannungen auch bei drei Doppelschichten sehr gering. Durch Verwendung einer Anti reflexschicht 15 aus SiO2 auf der jeweiligen Gegenseite wird eine zusätzliche Spannungskompensation und Entspiege lung erreicht. Eine Blende 16 auf Wafer 4 bestimmt in Ver bindung mit den dielektrischen Schichtstapeln 12 die op tisch aktive Fläche 11 des FPI von 2 × 2 mm2. In Fig. 4, the reflectance of dielectric mirrors from two or three double layers with layer thicknesses λ / 4.n = 950 nm is shown. In the spectral range of (3.1-4.8) µm, reflectivities of 93% and 97% as well as maxima of 97% and 99% are achieved at the design wavelength of 3.8 µm for two and three double layers. Since 300 µm thick Si substrates are used, the deformation due to layer stresses is very small even with three double layers. By using an anti-reflective layer 15 made of SiO 2 on the opposite side, additional voltage compensation and anti-reflection treatment is achieved. An aperture 16 on wafer 4 determines the optically active surface 11 of the FPI of 2 × 2 mm 2 in connection with the dielectric layer stacks 12 .
11
Siliziumwafer
silicon wafer
22
Siliziumwafer
silicon wafer
33
Siliziumwafer
silicon wafer
44
Siliziumwafer
silicon wafer
55
Spiegelträger
mirror support
66
Biegefedern
bending springs
77
beweglicher Spiegel
movable mirror
88th
Rahmen
frame
99
feststehender Spiegel
fixed mirror
1010
Elektroden
electrodes
1111
optisch aktive Fläche
optically active surface
1212
dielektrische Schichtstapel
dielectric layer stack
1313
Oxidschicht
oxide
1414
elektrische Anschlusskontakte
electrical connection contacts
1515
Antireflexschichten
Antireflection coatings
1616
Blend
blend
Claims (4)
das Filter aus in vier Ebenen angeordneten Siliziumwa fern (1, 2, 3, 4) besteht, wobei
die Ebenen 2 und 3 einen beweglichen Teil aus Spiegel träger (5) und Spiegel (7) beinhalten und dieser bewegliche Teil (5, 7) zwischen den Wafern 1 und 4 an Biegefedern (6), die eine parallelogrammförmige Feder gelenkführung (Festkörpergelenkviereck) bilden, elas tisch aufgehangen ist,
zwischen dem beweglichen Spiegelteil (7) und dem festen Spiegelteil (9) dielektrische Schichtstapel (12) den Resonatorspalt bilden,
zwischen dem beweglichen Spiegelteil (7) und dem festen Spiegelteil (9) die Antriebselektroden (10) und der Feldraum des elektrostatischen Antriebsfeldes räumlich und funktional vom Resonatorraum getrennt sind und se parat ausgeführt werden,
der Elektrodenspalt größer als der Resonatorspalt ist,
die Innenseiten der Wafer (3) und (4) dielektrische Spiegel aus hochbrechenden Polysiliziumschichten und niedrigbrechenden Siliziumdioxidschichten tragen,
die Außenseiten der Wafer (3) und (4) Antireflexschich ten (15) zur Reduzierung der Spiegelverwölbung und der optischen Verluste an der Grenzfläche Luft/Silizium tragen,
zwischen den Waferebenen 1 und 2 sowie 3 und 4 Oxid schichten (13) zur elektrischen Isolation des bewegli chen Teiles (5, 7) angeordnet sind,
die einzelnen Wafer durch Bonden zu einem Bauteil ver bunden werden.1. Tunable, narrow-band bandpass filter for infrared measurement technology on the basis of an electrostatically driven Fabry-Perot interferometer manufactured in volume micromechanics, characterized in that
the filter consists of silicon wafers arranged in four levels ( 1 , 2 , 3 , 4 )
the levels 2 and 3 contain a movable part of the mirror support ( 5 ) and mirror ( 7 ) and this movable part ( 5 , 7 ) between the wafers 1 and 4 on spiral springs ( 6 ), which form a parallelogram-shaped spring joint guide (solid-body quadrangle) , the table is hung,
dielectric layer stacks ( 12 ) form the resonator gap between the movable mirror part ( 7 ) and the fixed mirror part ( 9 ),
between the movable mirror part ( 7 ) and the fixed mirror part ( 9 ) the drive electrodes ( 10 ) and the field space of the electrostatic drive field are spatially and functionally separated from the resonator space and are carried out separately,
the electrode gap is larger than the resonator gap,
the inside of the wafers ( 3 ) and ( 4 ) carry dielectric mirrors made of high-index polysilicon layers and low-index silicon dioxide layers,
the outer sides of the wafers ( 3 ) and ( 4 ) have anti-reflective layers ( 15 ) to reduce mirror warping and optical losses at the air / silicon interface,
between the wafer levels 1 and 2 and 3 and 4 oxide layers ( 13 ) for electrical insulation of the movable part ( 5 , 7 ) are arranged,
the individual wafers are bonded to form a component.
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|---|---|---|---|---|
| DE102006034731A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Infratec Gmbh Infrarotsensorik Und Messtechnik | Tunable dual-band Fabry-Perot filter |
| EP2083307A1 (en) * | 2006-11-17 | 2009-07-29 | Olympus Corporation | Variable spectral element |
| WO2010010492A2 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Infrared filter of a light source for heating an object |
| DE102009011421B3 (en) * | 2009-03-03 | 2010-04-15 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Method for operating gas concentration measuring device for e.g. monitoring concentration of alcohol in breathing gas of animal, involves synchronizing control voltage with light control signals |
| DE102009033191A1 (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-13 | Technische Universität Dresden | Reduction of the dynamic deformation of translation mirrors with the aid of inert masses |
| WO2012004379A1 (en) | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Tunable fabry-perot filter and method for producing same |
| JP2015092257A (en) * | 2014-12-08 | 2015-05-14 | セイコーエプソン株式会社 | Wavelength variable filter |
| US9268144B2 (en) | 2013-06-18 | 2016-02-23 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Method for producing a mirror plate for Fabry-Perot interferometer, and a mirror plate produced by the method |
| DE102018205778A1 (en) | 2018-04-17 | 2019-10-17 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method of making an interferometer |
| DE102005001266B4 (en) | 2004-01-29 | 2019-12-24 | Denso Corporation | Fabri-Perot filter |
| US10634558B1 (en) | 2018-11-13 | 2020-04-28 | Anna Ailene Scott | Air quality monitoring system and enhanced spectrophotometric chemical sensor |
| DE102018220658A1 (en) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Kardion Gmbh | Cardiac support system and method for optical spectroscopy using a cardiac support system |
| CN112666137A (en) * | 2020-12-02 | 2021-04-16 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | LIF measurement fluorescence signal narrow-band filtering system and method based on FP interferometer |
| EP3919890A1 (en) | 2020-06-05 | 2021-12-08 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Photoacoustic spectroscopy of gas mixtures by means of tunable fabry-pérot interferometer |
| US11366057B2 (en) | 2020-09-10 | 2022-06-21 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11408870B2 (en) | 2019-01-23 | 2022-08-09 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| US11727519B1 (en) | 2023-02-01 | 2023-08-15 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
| US11774426B1 (en) | 2022-03-25 | 2023-10-03 | Project Canary, Pbc | Emissions detection system and methods |
| US11861753B1 (en) | 2023-02-01 | 2024-01-02 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
| US11887203B1 (en) | 2023-02-01 | 2024-01-30 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0668490A2 (en) * | 1994-02-17 | 1995-08-23 | Vaisala Oy | Electrically tunable fabry-perot interferometer produced by surface micromechanical techniques for use in optical material analysis |
| US5646729A (en) * | 1993-01-13 | 1997-07-08 | Vaisala Oy | Single-channel gas concentration measurement method and apparatus using a short-resonator Fabry-Perot interferometer |
| WO1999034484A2 (en) * | 1997-12-29 | 1999-07-08 | Coretek, Inc. | Microelectromechanically, tunable, confocal, vcsel and fabry-perot filter |
| DE4334578C2 (en) * | 1993-10-11 | 1999-10-07 | Dirk Winfried Rossberg | Spectrally tunable infrared sensor |
-
2002
- 2002-06-13 DE DE2002126305 patent/DE10226305C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5646729A (en) * | 1993-01-13 | 1997-07-08 | Vaisala Oy | Single-channel gas concentration measurement method and apparatus using a short-resonator Fabry-Perot interferometer |
| DE4334578C2 (en) * | 1993-10-11 | 1999-10-07 | Dirk Winfried Rossberg | Spectrally tunable infrared sensor |
| EP0668490A2 (en) * | 1994-02-17 | 1995-08-23 | Vaisala Oy | Electrically tunable fabry-perot interferometer produced by surface micromechanical techniques for use in optical material analysis |
| WO1999034484A2 (en) * | 1997-12-29 | 1999-07-08 | Coretek, Inc. | Microelectromechanically, tunable, confocal, vcsel and fabry-perot filter |
Cited By (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005001266B4 (en) | 2004-01-29 | 2019-12-24 | Denso Corporation | Fabri-Perot filter |
| DE102006034731A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Infratec Gmbh Infrarotsensorik Und Messtechnik | Tunable dual-band Fabry-Perot filter |
| EP2083307A1 (en) * | 2006-11-17 | 2009-07-29 | Olympus Corporation | Variable spectral element |
| EP2083307A4 (en) * | 2006-11-17 | 2012-01-25 | Olympus Corp | Variable spectral element |
| WO2010010492A3 (en) * | 2008-07-25 | 2010-10-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Infrared filter of a light source for heating an object |
| WO2010010492A2 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Infrared filter of a light source for heating an object |
| DE102009011421B3 (en) * | 2009-03-03 | 2010-04-15 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Method for operating gas concentration measuring device for e.g. monitoring concentration of alcohol in breathing gas of animal, involves synchronizing control voltage with light control signals |
| US8199326B2 (en) | 2009-03-03 | 2012-06-12 | Drägerwerk AG & Co., KGaA | Gas concentration-measuring device |
| DE102009033191A1 (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-13 | Technische Universität Dresden | Reduction of the dynamic deformation of translation mirrors with the aid of inert masses |
| US8873128B2 (en) | 2009-07-07 | 2014-10-28 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Reduction of the dynamic deformation of translational mirrors using inertial masses |
| WO2012004379A1 (en) | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Tunable fabry-perot filter and method for producing same |
| DE102010031206A1 (en) | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Tunable Fabry-Pérot filter and method of making the same |
| US9268144B2 (en) | 2013-06-18 | 2016-02-23 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Method for producing a mirror plate for Fabry-Perot interferometer, and a mirror plate produced by the method |
| JP2015092257A (en) * | 2014-12-08 | 2015-05-14 | セイコーエプソン株式会社 | Wavelength variable filter |
| DE102018205778A1 (en) | 2018-04-17 | 2019-10-17 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method of making an interferometer |
| WO2019201694A1 (en) | 2018-04-17 | 2019-10-24 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method for producing an interferometer |
| US11391629B2 (en) | 2018-04-17 | 2022-07-19 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method for producing an interferometer |
| US11346717B2 (en) | 2018-11-13 | 2022-05-31 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11788889B1 (en) | 2018-11-13 | 2023-10-17 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11768110B2 (en) | 2018-11-13 | 2023-09-26 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11604094B2 (en) | 2018-11-13 | 2023-03-14 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11467032B2 (en) | 2018-11-13 | 2022-10-11 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US10634558B1 (en) | 2018-11-13 | 2020-04-28 | Anna Ailene Scott | Air quality monitoring system and enhanced spectrophotometric chemical sensor |
| DE102018220658A1 (en) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Kardion Gmbh | Cardiac support system and method for optical spectroscopy using a cardiac support system |
| US11892437B2 (en) | 2019-01-23 | 2024-02-06 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| US11782035B2 (en) | 2019-01-23 | 2023-10-10 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| US11408870B2 (en) | 2019-01-23 | 2022-08-09 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| US11733221B2 (en) | 2019-01-23 | 2023-08-22 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| US11662336B2 (en) | 2019-01-23 | 2023-05-30 | Project Canary, Pbc | Apparatus and methods for reducing fugitive gas emissions at oil facilities |
| EP3919890A1 (en) | 2020-06-05 | 2021-12-08 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Photoacoustic spectroscopy of gas mixtures by means of tunable fabry-pérot interferometer |
| US11592390B2 (en) | 2020-09-10 | 2023-02-28 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11754495B2 (en) | 2020-09-10 | 2023-09-12 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11867619B1 (en) | 2020-09-10 | 2024-01-09 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11585752B2 (en) | 2020-09-10 | 2023-02-21 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11781979B1 (en) | 2020-09-10 | 2023-10-10 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| US11366057B2 (en) | 2020-09-10 | 2022-06-21 | Project Canary, Pbc | Air quality monitoring system and method |
| CN112666137A (en) * | 2020-12-02 | 2021-04-16 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | LIF measurement fluorescence signal narrow-band filtering system and method based on FP interferometer |
| US11774426B1 (en) | 2022-03-25 | 2023-10-03 | Project Canary, Pbc | Emissions detection system and methods |
| US11802860B1 (en) | 2022-03-25 | 2023-10-31 | Project Canary, Pbc | Emissions detection system and methods |
| US11810216B1 (en) | 2023-02-01 | 2023-11-07 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
| US11861753B1 (en) | 2023-02-01 | 2024-01-02 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
| US11887203B1 (en) | 2023-02-01 | 2024-01-30 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
| US11727519B1 (en) | 2023-02-01 | 2023-08-15 | Project Canary, Pbc | Air quality monitors minimization system and methods |
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