[发明专利]光谱仪装置

说明书

本发明涉及光谱仪装置。一种用于分析来自光源(11)的光辐射(13)的光谱仪装置(10)，包括：用于在主色散方向上对进入光谱仪装置(10)的辐射(24)进行色散的阶梯光栅(31)；用于在交叉色散方向上对辐射(24)进行色散的色散元件(21)，主色散方向和交叉色散方向彼此具有可预确定角度；以及用于获取包括第一可预确定波长范围的辐射的第一部分(38、40)的第一光谱(64)的检测器单元(39)。根据本发明，光谱仪装置(10)包括第一光学元件(37、48、52)，该第一光学元件被以如此方式布置和/或配置，使得可以借助于检测器单元(39)来获取包括与第一可预确定波长范围不同的第二可预确定波长范围的辐射的第二部分(42)的第二光谱(65)。

技术领域

本发明涉及一种用于分析来自包括阶梯光栅的光源的光辐射的光谱仪装置。

背景技术

在大多数变化的发展中，根据现有技术，具有阶梯光栅的光谱仪装置已经变得已知。在阶梯光谱仪中，使用了具有梯状截面的光栅(échelle是“梯”的法语单词)。以可预确定闪耀角照亮阶梯状结构的较短面生成衍射图，该衍射图将衍射强度集中在高衍射级，例如集中在五十到一百级。由此可以以紧凑的布置实现高光谱分辨率。但是，取决于入射波长，该级可以重叠。

例如，根据现有技术，具有内部和外部级分离的光谱仪已经变得已知。在具有外部级分离的阶梯光谱仪的情况下，例如具有非常长的狭缝的光谱仪，通常仅来自相对较小光谱范围的辐射进入光谱仪。

另一方面，在具有内部级分离的光谱仪的情况下，除了由阶梯光栅引起的色散外，辐射再次横向于阶梯光栅的色散方向而被色散，以便将发生的各个级彼此分离。然后获得基本上彼此平行布置的光谱部分的二维光谱。各个衍射级的自由光谱范围一起产生特定波长范围的无间隙光谱。使得能够以较高光谱分辨率对感兴趣的波长范围进行同时检测的平面检测器(特别是具有多个检测器元件的平面检测器)适合于检测光谱。

通常，在如此大的水平上选择交叉色散，以使多个级始终被完全分开。为了在整个光谱范围内确保多个级被完全分离，存在其中在各个级之间出现未使用的间隔的光谱范围。如果将棱镜用于交叉色散，则例如在短波光谱范围内将比在长波光谱范围内产生更大的间隔，这是由于更大的色散而导致的。

已知装置的缺点是检测器通常必须非常大，以便能够以较高分辨率和足够的光导率来检测较大的光谱区域。在原子吸收光谱法以及许多其他光谱检测方法中，检测极限尤其取决于装置的光导率和灵敏度。所使用的装置的光谱分辨率又尤其取决于狭缝宽度、检测器元件在主色散方向上的尺寸和成像质量。原则上，期望获得同时具有较高光导率的较高光谱分辨率。

在利用阶梯光谱仪检测高分辨率宽范围光谱时，经常存在这样的问题，即在每种情况下，期望的光谱测量范围不能以所需的光谱分辨率和/或所需的光导率来检测。可用的检测器表面的利用原则上受到衍射级的必要空间分隔，随波长减小的自由光谱范围的减小以及多个级之间的距离的可变性的限制。在扩展到波长200nm的测量范围的情况下，最后提到的影响特别强。

为了解决此问题，例如可以根据所期望的波长范围扩大检测器表面。但是，这必然具有显著更高的成本。此外，由于相对于焦距的所扩大的像场，较大的检测器表面可能对成像质量具有负面影响。

另一可能性包括使用具有较小像素的检测器。但是，为了能够在这里从更大数量的可用通道中获益，必须减小狭缝宽度和/或狭缝高度，这不利地导致了光导率的降低。

出于这个原因，在利用阶梯光谱仪获取高分辨率宽范围光谱时，经常限制同时可检测的光谱范围，以便能够满足有关光谱分辨率和/或光导率的各个要求。然后，经由单独的光谱仪通道或顺序地通过改变光谱仪装置的各个组件的定向，来检测位于所选择的光谱范围之外的相关波长。