ITTO20010275A1

ITTO20010275A1 - Spettrofotometro con micro-otturatori elettrostatici.

Info

Publication number: ITTO20010275A1
Application number: IT2001TO000275A
Authority: IT
Inventors: Marco Pizzi
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-09-23
Also published as: DE60206989T2; ES2248428T3; EP1243902B1; DE60206989D1; ITTO20010275A0; EP1243902A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Spettrofotometro con micro-otturatori elettrostatici" ,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo degli spettrofotometri, del tipo comprendente una sorgente di luce,

un elemento separatore per separare il fascio luminoso proveniente dalla sorgente di luce nelle sue componenti corrispondenti alle differenti lunghezze d'onda, e

mezzi sensori atti a ricevere le radiazioni provenienti dall'elemento separatore e ad emettere in uscita segnali elettrici indicativi delle lunghezze d'onda delle radiazioni ricevute.

Secondo la tecnica nota, i suddetti mezzi sensori sono tipicamente costituiti da una matrice di sensori.

Lo scopo dell'invenzione è quello di realizzare uno spettrofotometro del tipo sopra indicato che presenti una struttura più semplice e di basso costo e che nello stesso tempo sia efficiente ed affidabile .

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto uno spettrofotometro avente le caratteristiche indicate all'inizio della presente descrizione e caratterizzato inoltre dal fatto che tra il suddetto elemento separatore ed i mezzi sensori sono interposti mezzi otturatori comprendenti una serie allineata di micro-otturatori elettrostatici, che detti mezzi sensori <1 >sono costituiti da un singolo sensore e che a valle della linea di micro-otturatori elettrostatici è disposto un elemento ottico per far convergere la radiazione su detto singolo sensore.

I suddetti micro-otturatori elettrostatici possono essere realizzati secondo una tecnica già sviluppata dalla stessa richiedente e proposta ad esempio nella precedente domanda di brevetto europeo EP-A-1 008 885. Secondo tale tecnica nota è previsto un substrato comune su cui è applicata una lamina conduttiva elettricamente costituente un primo elettrodo, a sua volta rivestita da uno strato di materiale dielettrico trasparente. Il substrato può essere di materiale trasparente come ad esempio germanio, silicio, quarzo o vetro. Il suddetto primo elettrodo può essere costituito da un materiale conduttivo trasparente come ad esempio ITO (Indium Tin Oxide). Il substrato può avere uno spessore nell'ordine di qualche millimetro o centimetro e il primo elettrodo può avere ad esempio uno spessore di qualche decina o centinaia nanometri. Tale primo elettrodo può essere applicato ad esempio per evaporazione o mediante la tecnica cosiddetta di spin-coating, o serigrafia, o dipping. Lo strato dielettrico, che può pure essere applicato per serigrafia, o spin-coating, o dipping ha uno spessore ad esempio da 0,1 micrometri a qualche decina di micrometri. Sopra lo strato dielettrico sono disposti petali mobili costituiti da un film metallico dello spessore dell'ordine del micron, o dielettrico ad esempio pure dello spessore di qualche micron con uno strato metallizzato rivolto verso la faccia dello strato dielettrico fungente da secondo elettrodo. Ciascun petalo, nella sua condizione indeformata, è avvolto a ricciolo, in modo da consentire il passaggio di luce attraverso il substrato. Applicando una tensione elettrica fra i due elettrodi di ciascun miero-otturatore, il petalo si distende, per effetto elettrostatico, sopra lo strato dielettrico, impedendo il passaggio di luce.

In una variante, il primo elettrodo depositato sopra il substrato può essere di materiale non trasparente, ma prevedere un'apertura in corrispondenza di ciascun petalo, attraverso cui può passare la luce. Analogamente, anche il substrato può essere realizzato in materiale non trasparente ed avere un'apertura in corrispondenza di ciascun micro-otturatore .

L'impiego della linea di micro-otturatori elettrostatici consente di selezionare un'unica lunghezza d'onda desiderata nel fascio luminoso proveniente dall'elemento separatore, il che consente l'utilizzazione di un unico sensore, a vantaggio della semplicità dell'intero dispositivo.

In una variante, il dispositivo otturatore comprende due superfici affacciate e distanziate recanti due serie allineate di primi elettrodi, ed un film elettricamente conduttore che ha le sue estremità connesse rigidamente alle due superfici affacciate, in corrispondenza di estremità fra loro opposte delle serie allineate dei primi elettrodi. Alimentando selettivamente gli elettrodi, si può fare in modo che il film interposto fra le due superfici affacciate assuma una configurazione a S, con una prima porzione aderente ad una prima superficie, una seconda porzione aderente ad una seconda superficie ed una porzione intermedia di raccordo tra tali porzioni. Il film può essere inoltre previsto con una disposizione allineata a diagonale di micro-finestre, in modo tale per cui solo una di tali micro-finestre viene a trovarsi di volta in volta in corrispondenza della suddetta porzione di raccordo del film a S, in funzione del modo con cui sono alimentati gli elettrodi sulle due superfici affacciate.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista schematica di uno spettrofotometro secondo l'invenzione,

la figura 2 è una vista parziale in sezione di un particolare di una prima forma di attuazione del dispositivo a micro-otturatori elettrostatici secondo 1'invenzione,

la figura 3 illustra una variante della figura 2,

la figura 4 illustra una seconda forma di attuazione del dispositivo a micro-otturatori elettrostatici ,

la figura 5 è una vista secondo la linea V della figura 4,

la figura 6 è una vista sviluppata in un piano del film utilizzato nel dispositivo delle figure 4, 5,

la figura 7 è una vista prospettica schematica del film della figura 6 nella sua condizione operativa, e

la figura 8 è una vista prospettiva schematica di una variante.

Nella figura 1, il numero 1 indica nel suo insieme uno spettrofotometro secondo l'invenzione, comprendente una sorgente luminosa 2, un elemento separatore 3 di qualsiasi tipo noto, atto a separare il fascio luminoso in uscita dalla sorgente 2 nelle sue componenti corrispondenti a diverse lunghezze d'onda. A valle del dispositivo separatore 3 è disposto un dispositivo a micro-otturatori elettrostatici 4 che verrà illustrato in dettaglio nel seguito. Tale dispositivo è atto a selezionare un'unica lunghezza d'onda desiderata nel fascio emesso dall'elemento separatore 3. La radiazione emessa viene quindi fatta convergere da un elemento ottico 5 sopra un singolo sensore 6, di qualunque tipo noto, atto ad emettere in uscita un segnale elettrico che funziona dall'energia luminosa ricevuta.

La figura 2 illustra una prima forma di attuazione del dispositivo a micro-otturatori elettrostatici 4. Secondo tale forma di attuazione, è prevista una serie allineata di micro-otturatori 7 a petalo mobile, disposti sopra un substrato 8 ad esempio costituito da un materiale trasparente come germanio, silicio, quarzo o vetro, dello spessore di qualche millimetro o centimetro. Sopra il substrato 8 è applicato un film 9 di materiale conduttivo trasparente, come ad esempio ITO (Indium Tin Oxide), dello spessore di qualche decina o centinaia di nanometri, ottenuto ad esempio mediante evaporazione o spin coating, o serigrafia, o dipping . Il film 9 costituisce un primo elettrodo del dispositivo, che è poi coperto da uno strato di materiale dielettrico trasparente 10, di spessore ad esempio nell'ordine di qualche micrometro ottenuto con tecniche simili a quelle adottate per il film 9. Sopra lo strato dielettrico 10 è disposta una serie allineata di petali mobili 11 costituiti ciascuno ad esempio da un film dielettrico su cui è applicato uno strato metallizzato fungente da secondo elettrodo. Ciascun petalo 11 ha un'estremità assicurata allo strato dielettrico 10 e, nella sua condizione indeformata, assume una configurazione avvolta a ricciolo, in modo tale da consentire il passaggio della luce attraverso la rispettiva porzione di substrato. Il dispositivo comprende mezzi di alimentazione elettrica per applicare una differenza di potenziale fra il primo elettrodo 9 e il secondo elettrodo 12 di un petalo 11 selezionato. A seguito della tensione applicata, il petalo si distende sopra lo strato dielettrico 10 aderendo ad esso per effetto elettrostatico, e bloccando di conseguenza il passaggio di luce attraverso la rispettiva porzione di substrato. Controllando l'alimentazione elettrica ai micro-otturatori elettrostatici 7 della serie allineata di micro-otturatori è così possibile selezionare un'unica lunghezza d'onda desiderata nella radiazione in uscita dall'elemento separatore 3.

La figura 3 illustra una variante in cui l'elettrodo 9 può essere di un materiale metallico trasparente, di basso costo, nel qual caso è prevista una micro-finestra 13 in corrispondenza di ciascun petalo 11. Anche il substrato 8 può essere di materiale non trasparente ed avere una apertura 14 in corrispondenza di ciascun petalo.

Le figure 4-7 illustrano una seconda forma di attuazione. In questo caso sono previsti due substrati 8A, 8B, aventi superfici parallele fra loro distanziate su ognuna delle quali è disposta una serie allineata di primi elettrodi 9A, 9B, coperti dai rispettivi strati dielettrici 10A, 10B. Fra i due strati dielettrici 10A, 10B è disposto un film di materiale conduttore 120 avente le sue estremità opposte assicurate ai due strati 10A, 10B in corrispondenza di estremità opposte del dispositivo.

Come visibile nella figura 4, viene applicata una differenza di potenziale fra il film 120 e alcuni degli elettrodi delle due serie 9A, 9B, in modo tale per cui il film assuma una configurazione a S (vedere anche figura 7), con due porzioni 120A, 120B che aderiscono ai due strati opposti 10A, 10B, ed una porzione intermedia di raccordo 12OC che si dispone sostanzialmente perpendicolarmente alle due superfici affacciate degli strati 10A, 10B. Come visibile nelle figure 6, 7, sul film 120 è ricavata una disposizione allineata a diagonale di micro finestre 15. Controllando l'alimentazione agli elettrodi 9A, 9B è possibile fare in modo che il film 120 si distenda progressivamente su uno dei due strati 10A, 10B e si distanzi dall'altro, per cui la porzione intermedia 120c viaggia da un'estremità all'altra del dispositivo (ossia da sinistra a destra o viceversa con riferimento nella figura 4). Di conseguenza, la micro-finestra 15 che si trova in corrispondenza della porzione di raccordo 12Oc cambia di volta in volta. Con riferimento alla figura 5, ciò significa che la posizione della micro-finestra 15 che è visibile da un'estremità del dispositivo si sposta da sinistra verso destra o viceversa. Nell'applicazione di tale dispositivo allo spettrofotometro, i raggi luminosi provenienti dall'elemento separatore 3 sono diretti parallelamente alle due facce contrapposte degli strati 10A, 10B, secondo le frecce L nelle figure 4,7. Pertanto, una variazione della configurazione S del film 120 determina una selezione della lunghezza d'onda desiderata.

La figura 8 illustra una variante in cui è previsto un ulteriore elettrodo per ciascun microotturatore, integrato in un supporto a striscia 30 disposto ortogonalmente allo strato 8 e recante una schiera di finestre 15. L'applicazione di tensione fra ciascun petalo II e l'elettrodo 9 associato allo strato 9 tiene la finestra 15 aperta. L'applicazione di tensione fra il petalo II e l'elettrodo associato al supporto 30 tiene la finestra chiusa. Solo una finestra viene tenuta aperta di volta in volta per consentire il passaggio della luce, diretta secondo le freccie L.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato L puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Spettrofotometro, comprendente: una sorgente di luce (2), un elemento separatore (3) per separare il fascio luminoso proveniente dalla sorgente di luce (2) nelle sue componenti corrispondenti alle differenti lunghezze d'onda, mezzi sensori (6) atti a ricevere le radiazioni provenienti dall'elemento separatore (3) e ad emettere in uscita segnali elettrici indicativi delle lunghezze d'onda della radiazione ricevuta, caratterizzato dal fatto che fra il suddetto elemento separatore (3) ed i mezzi sensori (6) sono interposti mezzi otturatori comprendenti una serie allineata di micro-otturatori elettrostatici, dal fatto che detti mezzi sensori sono costituiti da un singolo sensore (6) e dal fatto che a valle della linea di micro-otturatori elettrostatici (4) è disposto un elemento ottico (5) per far convergere la radiazione su detto singolo sensore (6).
2. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta serie allineata di micro-otturatori elettrostatici comprende un substrato comune (8) su cui è applicato un film (9) costituente un primo elettrodo, coperto da uno strato di materiale dielettrico trasparente (10), detti micro-otturatori elettrostatici (7) comprendendo ciascuno un petalo mobile (11) avente uno strato metallizzato (12) fungente da secondo elettrodo, ciascun petalo (11) avendo una configurazione a ricciolo nella sua condizione di riposo, nella quale il petalo non impedisce il passaggio di luce (8), mezzi di alimentazione elettrica essendo previsti per applicare una tensione elettrica fra detto primo elettrodo (9) e l'elettrodo (12) di un petalo (11) selezionato.
3. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo elettrodo (9) è costituito da un materiale conduttivo trasparente .
4. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo elettrodo (9) è costituito da un materiale conduttivo non trasparente, recante una micro-finestra 13 in corrispondenza di ciascun petalo (11).
5. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto substrato (8) è costituito da materiale trasparente, ad esempio scelto fra germanio, silicio, quarzo e vetro.
6. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto substrato (8) è costituito da un materiale non trasparente che presenta un'apertura (14) in corrispondenza di ciascun petalo (11).
7. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto substrato presenta uno spessore nell'ordine di qualche millimetro o centimetro, detto primo elettrodo (9) presenta uno spessore nell'ordine di qualche decina o centinaia di nanometri, detto strato dielettrico (10) presenta uno spessore da 0,1 micrometri a qualche decina di micrometri.
8. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta serie allineata di micro otturatori elettrostatici comprende due substrati (8A), (8B) fra loro paralleli ed affacciati, recanti rispettive distribuzioni allineate di primi elettrodi (9A), (9B), ed un film (120) costituente il secondo elettrodo, disposto a S fra i due substrati, con le estremità opposte unite ai due substrati in corrispondenza di due estremità opposte di essi, mezzi di alimentazione elettrica essendo previsti per applicare una differenza di potenziale fra il suddetto film e elettrodi selezionati delle due serie di elettrodi (9A), (9B) portati dai due substrati, in modo tale per cui il film assume una configurazione a S, con due porzioni estreme aderenti rispettivamente ai due substrati ed una porzione intermedia di raccordo (12OC), detto film (120) recando una disposizione allineata a diagonale di micro-finestre (15) in modo tale per cui solo una di tale micro-finestre (15) si trova in corrispondenza della porzione di raccordo (120C) del suddetto film configurato a S.
9. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta serie allineata di micro-otturatori elettrostatici comprende un substrato comune (8) su cui è applicato un primo elettrodo, un supporto (30) e recante una schiera di finestre (15) ed un secondo elettrodo per ciascun micro-otturatore, ed una schiera di petali (II) pure aventi uno strato conduttivo costituente un ulteriore elettrodo, e atti ad aderire ciascuno al substrato (8) o al supporto (30) per effetto elettrostatico, a seconda che sia applicata tensione fra il petalo (II) e il primo elettrodo (9) o fra il petalo (II) e l'elettrodo associato al supporto. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.