[发明专利]紧凑型光谱仪和包括所述光谱仪的仪器

说明书

描述了一种具有无遮挡的施密特反射器的光谱仪。所述光谱仪可包括施密特校正器和色散元件作为单独的组件。替代地，可将所述施密特校正器和所述色散元件组合成单个光学组件。所述光谱仪还可包括视场致平器透镜。

相关申请

本申请要求于2018年8月10日提交的标题为“紧凑型光谱仪和包括所述光谱仪的仪器(COMPACT SPECTROMETERS AND INSTRUMENTS INCLUDING THEM)”的第62/717,255号美国临时专利申请的优先权，前述美国临时专利申请在此以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本文描述了可用于选择一个或多个光波长的光谱仪的某些配置。

背景技术

在许多应用中，需要检测从光源发射的光或由光源探测的样本发射的光的光谱。光谱仪可用于检测光谱。光谱仪通常使用光学元件的组合在空间上分离不同波长的光，使得在空间上分辨光的检测器阵列可基于由检测器阵列中的每个检测器检测到的光量来确定光的波长。

发明内容

能够检测大范围光(例如光谱的紫外光和可见光部分)的光谱仪通常很大，并使用具有一个或多个分光器的多个窄带检测器将光路的至少一部分引导至窄带检测器。在一些情况下，分光器是半镀银镜，其允许光的第一部分(例如紫外光部分)穿过以到达第一检测器，并将光的第二部分(例如可见光部分)引导至第二检测器。在其它情况下，分光器可为全镀银镜，其仅在光路的一部分中插入，且仅将光的一部分(例如，光谱的紫外光部分)引导至对有限波长范围(例如，仅紫外波长)敏感的检测器。一些光谱仪使用平面镜将光谱的UV部分引导至单独的检测器。在其它光谱仪中，反射镜可包括孔，以使得光的一部分穿过反射镜到达第一检测器，而光的其余部分从反射镜反射并被引导至第二检测器。在某些情况下，孔可位于施密特校正器中，以使得光的一部分不会被施密特校正器校正，而是被引导至单独的检测器。然而，光学元件的这种组合增加了光谱仪的占据面积，因此在大型光谱仪可能会取代其它有用仪器的空间受限的环境中使用是不切实际的。此外，使用分光器或其它光学组件可能会降低系统的整体光学效率。

本文描述的一个或多个方面涉及具有离轴施密特望远镜(或包括施密特望远镜的成像系统)的OES的光谱仪的光学设计和/或布局，所述离轴施密特望远镜同时在单个(而不是两个)检测器上捕获UV和可见光谱而不会有损性能。光谱仪可在图像平面处包括图像传感器，并且可通过入口狭缝处的一组传输光学器件与等离子体源集成。光谱仪的一个示例的样本可检测范围可包括约167nm至约1200nm(±5％或±10％)的波长范围。本文描述的光谱仪架构和成像仪还可在减少成像传感器的数量的同时减小尺寸和/或提高光学效率。在一个或多个示例中，本文描述的光谱仪可通过使用单个检测器(而不是两个检测器)来捕获可见光谱和紫外光谱(例如167至1200nm)的部分而实现更高的光学效率，同时将对性能的影响降至最小。

根据一个或多个方面，本公开可涉及一种光学光谱仪。所述光谱仪包括孔口、准直仪、中阶梯光栅、离轴施密特望远镜和检测器。准直仪光学耦合至孔口和中阶梯光栅。离轴施密特望远镜光学耦合至中阶梯光栅和检测器。通过孔口进入光谱仪的光被引导至检测器。此外，入射在检测器上的光包括跨紫外光谱和可见光谱在空间上分离的多个波长。在一些实施方式中，多个波长跨约167nm至约1200nm的光谱范围在空间上分离。

在一些实施方式中，离轴施密特望远镜可进一步包括施密特校正器、色散元件和反射镜。反射镜可为球面镜。在一些实施方式中，视场致平透镜可位于反射镜与检测器之间。视场致平透镜可光学耦合至反射镜和检测器。色散元件可包括棱镜。在一些实施方式中，施密特校正器可为棱镜的一个面上的非球面表面。在其它实施方式中，施密特校正器可为与棱镜分离且独立于棱镜的反射镜。检测器可被配置成检测可见光。检测器可被配置成检测紫外光。检测器可被配置成检测红外光。棱镜可包括双通反射棱镜。在一些实施方式中，光谱仪可从感应耦合等离子体(ICP)系统接收光。

在下文更详细地描述附加方面、配置、实施例和示例。

附图说明