[发明专利]包括多个发射源的光谱学装置

说明书

技术领域

本发明涉及包括多个发射源的光谱学装置。

背景技术

本发明的领域是光谱测定分析的领域，其特别旨在通过一光源对进入固体、液体或气体介质的组份中的化学成分进行研究。这涉及记录该介质的反射或传播吸收光谱。与介质相互作用的光在某些波长带中被吸收。这种选择性吸收是一部分或全部介质成分的识别标志。要测量的光谱的波长范围可属于紫外线和/或可见光和/或红外线(近、中、远)。

第一种解决方案使用网格光谱仪。在该设备中，网格作为滤光器进行作用，布置在与检测器较远的一距离外。该距离越大，分辨率越好。因此，如果期望保存可接受的分辨率，该设备不能被微型化。此外，该设备的调节复杂，并且稳定性难以处理，这是因为需要精确的光学排齐。

大部分其它的光谱仪使用至少一法布里-珀罗滤光器。

为提醒起见，这类滤光器是称之为隔膜(英语术语“spacer”更为常见)的一材料(最常见的折射率低的材料，如空气、硅石，......)的一具有平行面的片体，所述隔膜出现在两个镜片之间。通常通过真空薄膜沉积制成。因此，对于通带在一正中波长λ上排齐中心的一滤光器，第一镜片包括光学厚度为λ/4的高折射率材料H层和低折射率材料B层的m次交替。隔膜经常包括2层光学厚度为λ/4的低折射率材料B。一般性地，第二镜片与第一镜片对称。对隔膜的几何厚度的修正允许使滤光器与正中波长相一致，对于正中波长而言，光学厚度等于λ/2的倍数。

在此情形下，相对细的通带的有限数目(即与一连续光谱相对的一离散光谱)足够用于识别所研究的成分，这样使得上文所述的第一解决方案没有被优化。

已知的第二解决方案设置使用一滤光栅元(cellule)，对于每个要分析的波长带，滤光栅元配有一元滤光器。如果波长带的数目等于n，n个滤光器的实施因而通过不同的n次真空沉积制造进行。因此对于小系列而言成本很大(并且与波长带的数目n几乎成正比)，并且对于足够大的系列而言实际上不是有利的。此外，这里同样地，微型化的可能性极大地被限制，并且设置大量的滤光器是难以实现的。

已知的第三解决方案使用一法布里-珀罗滤光器，就该滤光器的位于垂直于基片的一平面中的型面而言，该滤光器呈楔形。因此在文献US2006/0209413中公知的，该文献教导具有这种型面类型的一光谱分析仪。在标记为Oxy的该平面中，轴Ox和Oy分别地是共线的并且垂直于基片，镜片和隔膜的沿Oy的厚度按照镜片和隔膜被测量的沿Ox位置线性地变化。因此规定一滤光栅元，该滤光栅元具有一线性结构(一维)或一矩阵结构(二维)，其包括多个准单色元滤光器。检测通过在滤光栅元上叠置的一集成检测栅元保证，该检测栅元配有多个元检测器，这些多个元检测器与多个元滤光器相吻合。

对于滤光栅元而言，首先，“薄膜”方法的控制在这里是非常棘手的。第二，在同一晶片上集中制造多个滤光器在从一滤光器到另一滤光器的可复制性上存在很大的困难。第三，可能在某些情况下具有优点的厚度的连续变化，对于检测器需要在相当精确的一波长上排齐中心的情形并不适合。实际上，该检测器的大小使得：其将检测两端部所接受的波长之间的全部波长。同样，低成本的批量生产不是很现实的。

就检测栅元而言，明显的是，检测栅元使用多个元检测器。首先，只有如果能运用检测器的集成，这种配置才是有利的，然而并不总是能运用检测器的集成。第二，当要分析的波长带不包含在一种大量工业化生产材料，如硅的吸收光谱中时，这种检测器就会是一种昂贵的组件。

此外在文献US 2007/0188764和US 2007/007347中公知的，两文献都描述一种光谱学装置，该装置包括一滤光栅元和一发射栅元。在这两个文献中，滤光栅元简化为覆盖全部发射源的唯一的滤光器。

发明内容

因此本发明的对象在于波长光谱学装置，其允许测量不具有上文所涉及的限制的传播或反射光谱。

根据本发明，波长光谱学装置，其在一基片上包括滤光栅元，所述滤光栅元包括两个镜片，两个镜片通过一隔膜隔开，所述滤光栅元由多个干涉滤光器形成；所述波长光谱学装置此外包括发射栅元，所述发射栅元包括多个发射源，每个所述发射源与所述干涉滤光器之一相关联。

多个发射源允许使用唯一的检测器。本发明带来一决定性的优点——更加经济地增加发射源和检测器。

有利地，所述发射栅元如同所述基片的位似平坦支座，所述发射源和所述干涉滤光器根据该位似平坦支座和该基片的公共法线排齐。

优选地，所述波长光谱学装置包括至少一适配栅元，所述适配栅元包括多个透镜，每个所述透镜与所述干涉滤光器之一相关联。