DE19961481A1 - Zentriertes Sphärenspektrometer - Google Patents
Zentriertes SphärenspektrometerInfo
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Abstract
Ein Detektionssystem für ein Atom-Emissions-Spektrometer beinhaltet ein sphärisches konvexes Beugungsgitter (50) mit einem Krümmungsradius, der halb so groß ist wie der Krümmungsradius von einem Paar von konkaven sphärischen Spiegeln (60, 70). Das Beugungsgitter (50) und die Spiegel (60, 70) sind in einer Kammer (35) so angeordnet, dass ihre Krümmungsmittelpunkte an der Brennebene (54) zusammenfallen, an welcher eine Vielzahl von relativ kleinen beabstandeten Lineardetektoren auf gegenüberliegenden Seiten eines Emissionseintrittsschlitzes (40) angeordnet sind, um die Ermittlung von alternierenden Segmenten eines Spektralbands von interessierenden Wellenlängen bereitzustellen.
Description
Die folgende Erfindung betrifft ein Atom-Emissions-Spektrometer und insbeson
dere eine einzigartige Anordnung von Beugungsgitter, Spiegel und Detektor.
Spektrometer verwenden typischerweise ein Beugungsgitter, welches konkav ist
und ein oder mehrere Spiegel, durch welche einfallende spektrale Emissionen in
Richtung auf das Beugungsgitter gerichtet werden, welches die einfallenden
Emissionsspektren in unterschiedliche Spektralbänder teilt, die dann durch ei
nen Spiegel auf einen Detektor reflektiert werden. Der Detektor ist ein etwas
längliches Feld von Fotodetektoren über der Bildebene, welche typischerweise
nicht eben ist, und führt deshalb zu einer Feldkrümmung, die die Bildqualität
reduziert, und somit die verfügbare Spektralabdeckung. Ferner sind solche ver
längerten Detektorfelder auch etwas teuer. Falls Vielfachfelder verwendet wer
den um auf benachbarte Wellenlängenbereiche zuzugreifen, müssen sie physika
lisch nebeneinander angeordnet werden, was zu einer physikalischen Beeinflus
sung zwischen diesen Detektoren führt. Folglich verbleiben, obwohl konvexe
Beugungsgitter zu Verbesserungen bei Spektrometern geführt haben, signifikan
te Probleme im Bezug auf die Fähigkeit bestehen, die einfallenden Spektralemis
sionen in physikalisch getrennte und detektierbare Frequenzbänder zu teilen.
Das System der vorliegenden Erfindung überwindet die Schwierigkeit mit den
bekannten Spektrometern durch Bereitstellung eines sphärischen, konvexen
Beugungsgitters, das einen Krümmungsradius aufweist, der halb so groß ist, wie
der Krümmungsradius von einem oder mehreren konkaven sphärischen Spie
geln, die mit dem Beugungsgitter eingesetzt werden. Das Beugungsgitter und die
Spiegel sind innerhalb einer Kammer so positioniert, dass ihr Krümmungszen
trum in der Brennebene zusammenfällt, welche eine flache Feldbrennebene ist,
an welcher eine Vielzahl von relativ gering beabstandeten linearen Detektoren
an gegenüberliegenden Seiten des Emissionseintrittsschlitzes angeordnet sind.
Diese Anordnung führt zu zwei Dispersionsebenen in + und - Beugungsordnun
gen, um die Ermittlung von alternierenden Segmenten eines interessierenden
Wellenlängenbandes zu gewährleisten, welche physikalisch auf gegenüberliegen
den Seiten des Eingangsschlitzes beabstandet sind. Eine derartige Anordnung
beseitigt den Bedarf für teure längliche Einzeldetektoren und ermöglicht die
Verwendung einer Vielzahl von relativ billigen flachen Lineardetektoren, um den
gewünschten Spektralbereich ohne Beeinflussung von benachbarten Detektoren
zu ermitteln. Diese Anordnung liefert eine volle spektrale Abdeckung über ein
gewünschtes Wellenlängenband, vermeidet physikalische Beeinflussung zwischen
Vielfachdetektoren und liefert eine bessere Anpassung an die Dispersionsebene
durch die Verwendung von relativ kleinen Detektoren, welche sich besser an die
Brennebene anpassen, was zu einer besseren Gesamtleistung für eine erweiterte
Wellenlängenabdeckung führt, als sie vorher verfügbar war.
Diese und andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Hinweis auf die beige
fügten Zeichnungen deutlich werden.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Spektrometers, das das zentrierte
Sphärenermittlungssystem der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist ein optisches Diagramm des Ermittlungssystems, das auch die
Emissionsquelle zeigt; und
Fig. 3 ist eine teilweise, zum Teil offengelegte perspektivische Ansicht des
Ermittlungssystems, das in Fig. 2 gezeigt ist.
Unter anfänglichem Hinweis auf Fig. 1 ist ein Atom-Emissions-Spektrometer 10
gezeigt, das die vorliegende Erfindung beinhaltet. Das Spektrometer ist
typischerweise in einem Gehäuse aufgenommen, das eine Emissionsquelle 12
enthält, wie eine Glimmentladungs-Emissionsquelle, obwohl andere Emissions
quellen, wie Bogen-Funken-Quellen, induktiv, gekühlte Plasmaquellen oder La
ser-Abdampfquellen ebenso eingesetzt werden können. Eine Probe wird konven
tionell in eine Probenkammer eingesetzt, die mit der Emissionsquelle 12 verbun
den ist, welche eine Spektralemission 14 von optischer Energie emittiert, die
Lichtwellenlängen enthält, die von Elementen, die in der Probe enthalten sind,
emittiert werden. Die Spektralemission 14 wird auf einen Eingangsschlitz 40
(Fig. 2 und 3) des zentrierten Sphärenermittlungssystems 16 der vorliegenden
Erfindung fokussiert. Wie nachfolgend näher beschrieben, beinhaltet das Ermitt
lungssystem eine Kammer, die ein konvexes Beugungsgitter und ein Paar von
sphärischen Spiegeln und eine Vielzahl von beabstandeten Lineardetektoren
aufweist. Diese Detektoren sind über elektrische Leiter 18 mit einem mikropro
zessor-gesteuerten Analysator 20 verbunden, der die Signalinformation verarbei
tet und den Operator über eine Anzeige und/oder Ausdruck mit den ermittelten
Elementcharakteristiken versorgt, die in der Probe enthalten sind, einschließlich
der Information, welche Elemente und ihrer Konzentration. Die Emissionsquelle
und der Analysator können im allgemeinen von einem Typ sein, der kommerziell
von der Leco Corporation aus St. Joseph, Michigan, verfügbar ist, Model Nr.
GDS400A oder GDS750A. Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung umfasst
das Ermittlungssystem 16, welches nun nachfolgend näher in Verbindung mit
den Fig. 2 und 3 beschrieben wird.
Zu Beginn sollte darauf hingewiesen werden, dass das optische Diagramm der
Fig. 2 mit den tatsächlichen Dimensionen, die auf der Zeichnung gezeigt sind,
skaliert ist. Die Emissionsquelle 12 und ihr Abstand von dem Ermittlungssystem
16 ist in Fig. 2 jedoch nur bildlich dargestellt. Das Ermittlungssystem 16, wie in
der teilweisen perspektivischen Ansicht von Fig. 3 zu sehen, beinhaltet eine
Kammer, die durch ein Gehäuse 30 mit einem Boden 32, einer Frontwand 34,
Seitenwänden 36 und 38, einer Rückwand 41 und einem entfernbaren Deckel 31
gebildet wird, der den Zugang zur Kammer 35, in welcher die optischen Elemen
te angeordnet sind, ermöglicht. Das Gehäuse wird typischerweise innerhalb des
Instruments 10 in einer temperaturkonstanten Umgebung angeordnet und kann
entweder unter Vakuum oder unter anderen kontrollierten atmosphärischen
Bedingungen betrieben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das
Gehäuse ungefähr 18 Zoll breit, 18 Zoll lang und 7 Zoll hoch, wobei die Seiten
wände einstückig aus einem geeigneten Druckgußmetall gebildet sind, und der
Boden 32 und der Deckel unter Verwendung einer O-Ringdichtung, die in den
Nuten 33 (Fig. 3) in den Enden der Wände angeordnet ist, abdichtbar an den
Wänden befestigt sind und wobei mit einem Gewinde versehene Befestigungs
elemente sich in mit Gewinde versehene Öffnungen 37 erstrecken.
Das Ermittlungssystem 16 beinhaltet einen Eingangsschlitz 40, der an der
Frontwand 34 mittels einer konventionellen Befestigungsanordnung 42 befestigt
ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Eingangsschlitz
im allgemeinen rechtwinkelig mit einer Dimension von 1 mm × 14 µm und er
empfängt die Spektralemission 14 (Fig. 1 und 2) von der Emissionsquelle 12 typi
scherweise durch eine Fokussierungslinse zum Fokussieren der Lichtenergie auf
den Eingangsschlitz. Zentral innerhalb der Kammer 35 des Gehäuses 30 posi
tioniert ist ein sphärisches, konvexes Beugungsgitter 50, das sein Gitter 51 or
thogonal zur Symmetrieebene der Brennebene 54 (Fig. 2) des Spektrometers (d. h.
im allgemeinen vertikal in Fig. 3 und in die Ebene und aus der Ebene heraus
bei der Zeichnung der Fig. 2) angeordnet hat. Das Gitter 50 ist in einer einstell
baren Fassung 52 von im allgemeinen gut bekannter Konstruktion zur Ermögli
chung seiner präzisen Ausrichtung angeordnet. Der Krümmungsradius des
sphärischen, konvexen Beugungsgitters 50 ist halb so groß wie der Radius von
jedem von einem Paar von zwei konkaven sphärischen Spiegeln 60 und 70, die an
der Rückwand 41 des Gehäuses 30 mittels einstellbarer Klammeranordnungen
65 bzw. 75 angeordnet sind. Das Beugungsgitter ist bei der bevorzugten Ausfüh
rungsform der Erfindung in einem Abstand von 225 mm von der Brennebene 54
(beabstandet von der Frontwand 34) angeordnet und zentriert positioniert, wie
am besten in Fig. 2 zu sehen. Der Krümmungsmittelpunkt des Beugungsgitters
fällt auf die Brennebene 54 bei einem gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt 55
(Fig. 2) für den Krümmungsradius für das Gitter sowie dem Krümmungsradius
für jeden der Spiegel 60 und 70, welche einen Krümmungsradius von 450 mm
oder exakt den doppelten Krümmungsradius des Gitterkrümmungsradius auf
weisen.
Die Spiegel 60 und 70 sind sphärisch geschliffene Spiegel, wobei ein erster Spie
gel 60 so angeordnet ist, daß er sein Zentrum 65,21 mm unterhalb der zentralen
Achse 57 des optischen Gitters aufweist. Der Spiegel 70 ist mit seinem Zentrum
so angeordnet, dass er 106,96 mm oberhalb der Zentrumslinie 57 angeordnet ist,
so wie in Fig. 2 gezeigt. Die Spiegel sind so angepasst, dass ihre Krümmungsmit
telpunkte mit dem Krümmungsmittelpunkt 55 ausgerichtet sind, welcher um
einen Abstand von 25 mm über den Eingangsschlitz 40 versetzt ist (siehe Fig. 2).
Das Beugungsgitter 50 beinhaltet konventionellerweise eine reflektierende Vor
derseite, während die Spiegel 60 und 70 präzise geschliffen sind, wobei die im
allgemeinen kreisförmigen Spiegel eine reflektierende Vorderseite und einen
Durchmesser von ungefähr 5½ Zoll aufweisen. Vor der Innenseite der Front
wand 34 des Gehäuses 30 ist am Boden 32 ein erster Lineardetektor 80 mittels
einer Klammeranordnung 82 befestigt, die seine präzise Winkel- und Raumaus
richtung ermöglicht. Ein zweites Lineardetektorfeld 84 ist ebenfalls mit Klam
mern 83 am Boden 32 befestigt. Die Detektoren 80 und 84 sind auf einer Seite
des Eintrittschlitzes 40 befestigt, während an der gegenüberliegenden Seite ein
dritter Detektor 86 mittels einer Befestigungsklammer 87 und ein vierter Detek
tor 88 mittels einer Befestigungsklammeranordnung 89 befestigt ist. Jeder der
Detektoren ist ein relativ kleiner, Feststofflineardetektor und kann von dem Typ
sein, der von Sony Semiconducters unter der Model Nr. ILX526A kommerziell
verfügbar ist, welcher einen linearen CCD Bildsensor umfasst, die relativ klein
und preisgünstig sind, wobei sie einen Pixelnachweis von ungefähr 3000 bereit
stellen, mit einer Pixelgröße von ungefähr 7 × 200 µm. Die physikalischen Di
mensionen der relativ kleinen DIP 22 pin Detektor-Packungen betragen unge
fähr 10 mm in der Breite und etwa 32 mm in der Höhe. Die HIammeranordnun
gen 82, 83, 87 und 89 sind winkelig und linear in einer konventionellen Weise
anpassbar, um die Detektoren zu positionieren, so dass ihre präzise optische
Ausrichtung, wie in dem Diagramm in Fig. 2 dargestellt, in Bezug auf die Spiegel
60 und 70 und das Gitter 50 ermöglicht wird, so dass Segmente eines Spektral
bands, das analysiert wird, alternierenden auf dem ersten, dritten, zweiten bzw.
vierten Detektor fokussiert wird, wie nachfolgend näher beschrieben, und zwar
aufgrund des Krümmungsradius und der Anordnung der Spiegel und des Gitters.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 2, das das optische Diagramm der Anordnung
der optischen und Ermittlungselemente des Ermittlungssystems 16, das in Fig. 3
gezeigt ist, zeigt, kann man sehen, dass das optische Emissionsspektrum 14 von
der Quelle 12 auf den Eingangsschlitz 40 fokussiert wird und durch Strahl A in
Fig. 2 dargestellt wird. Strahl A trifft auf die Oberfläche des Spiegels 60 und wird
als Strahl B auf das Gitter 50 reflektiert. Das Gitter trennt die auftreffende opti
sche Energie in gebeugte Wellenlängen erster Ordnung und - erster Ordnung mit
der ersten Ordnung (Plusordnung) C+ gerichtet auf den sphärischen Spiegel 70
und der - ersten Ordnung C- gerichtet auf den Spiegel 60. Der Spiegel 70 richtet,
wie durch die reflektierte Energie D+ angezeigt, die auftreffende optische Ener
gie auf die Brennebene 54, die die Spektralenergie in diskrete Segmente des
Wellenlängenbandes teilt. Gleichzeitig wird die C- Energie durch den Spiegel 60,
wie durch D- angezeigt, auf die Brennebene 54 in diskreten spektral segmentier
ten, physikalisch getrennten Bändern reflektiert. Bei der bevorzugten Ausfüh
rungsform, wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden die Dimensionen der optischen Ele
mente ausgewählt, um eine kontinuierliche Abdeckung für ein Wellenlängenband
von ungefähr 150 Nanometer (nm) bis 450 Nanometer bereitzustellen.
Der erste Detektor 80 ist angeordnet, um den Plusspektralbereich von 150 nm
bis 225 nm zu ermitteln. In dem reflektierten Energieband minus erster Ord
nung wird das nächst benachbarte Segment des Spektralbands, das ermittelt
wird, über den Spiegel 60 auf den Detektor 86 reflektiert und es beinhaltet Wel
lenlängen von ungefähr 225 nm bis ungefähr 300 nm. Somit werden benachbarte
Segmente des Spektralbands durch Spiegel 60 und 70 auf stark voneinander ge
trennte lineare Sensoren 80 und 86 auf gegenüberliegenden Seiten des Eingangs
schlitzes 40 fokussiert. Ähnlich wird das Spektralband der Plusordnung (D+)
von 300 bis 375 nm durch den Spiegel 70 auf den Detektor 84 reflektiert, wäh
rend das nächst benachbarte Segment des Spektralbands (D-), das Wellenlängen
von 375 nm bis 450 nm beinhaltet, auf den Detektor 88 projiziert wird. Somit
werden benachbarte Segmente des Spektralbands auf alternierend versetzte und
voneinander beabstandete kleine linear Bildsensoren 80, 84, 86 und 88, die in
dem Gehäuse 30, wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet sind, reflektiert. Wie in dem
optischen Diagramm der Fig. 2 zu sehen, ist die Beabstandung und Anordnung
der optischen Elemente in Millimeter für das Spektralband 150 nm bis 450 nm
des bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt. Es ist klar, dass für unterschiedli
che Spektralbänder die Dimensionen variieren werden, wie dies erforderlich ist,
um die Emissionswellenlängen erster und erster Ordnung zu beabstandeten De
tektoren zu reflektieren.
Die Geometrie, die beim Anordnen konkaver sphärischer Spiegel mit einem dop
pelten Krümmungsradius als dem des sphärischen konvexen Beugungsgitters
gewählt ist und das Anordnen von diesen mit einem gemeinsamen Krüm
mungsmittelpunkt, erlaubt nahezu Littrow Gitterbeleuchtung und resultiert in
der alternierenden Beabstandung von benachbarten Segmenten von Bereichen
erster und erster Ordnung des Spektralbands, die auf zwei Dispersionsebenen
fallen, so dass die Verwendung von relativ kleinen, kostengünstigen, voneinan
der beabstandeten linearen Bildsensoren ermöglicht wird, um ein kontinuierli
ches Spektrum der Lichtenergie mit einem Minimum an Beeinflussung zwischen
benachbarten Detektoren zu ermitteln. Dies ermöglicht das physikalische Beab
standen von relativ kleinen flachen Detektoren, die in ihrer Ausrichtung mit der
Brennebene stark verbessert werden können, welche nicht komplett flach ist,
sondern etwas gekrümmt ist, und sie ermöglichen die akkurate Ermittlung von
Lichtwellenlängen über das interessierende Spektrum. Bei einigen Ausführungs
formen kann ein einzelner konkaver sphärischer Spiegel eingesetzt werden, um
das Spektralband zu trennen, jedoch mit geringerer Abdeckung. Die Signale von
den Detektoren 80, 84, 86 und 88 werden dem Analysator 20 (Fig. 1) zugeführt
und in einer konventionellen Art und Weise verarbeitet, um den Bediener mit
der Information über eine gegebene Probe, die in der Emissionsquelle 12 ange
ordnet ist, zu versorgen.
Es ist offensichtlich für einen Fachmann, dass verschiedene Modifikationen zu
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es hier beschrieben
wurde, vorgenommen werden können ohne das Wesen oder den Bereich der Er
findung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.
Claims (27)
1. Zentriertes sphärisches Ermittlungssystem für Atom-Emissions-
Spektrometer mit:
einer Kammer (35) mit einem Eingangsschlitz (40);
einem sphärischen konvexen Beugungsgitter (50), das innerhalb der Kam mer (35) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Ein gangsschlitz (40) versetzt ist, ausgerichtet ist und das einen ersten Krüm mungsradius aufweist;
einem ersten konkaven sphärischen Spiegel (60) mit einem Krümmungsra dius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50), der versetzt bezüglich der Mittenachse des Gitters in einer ersten Richtung an geordnet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels mit dem Krümmungsmittelpunkt des Beugungsgitters übereinstimmt;
einem zweiten konkaven sphärischen Spiegel (70) mit einem Krümmungs radius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50), und der auf einer Seite von der Mittenachse angeordnet ist, die dem ersten Spiegel gegenüberliegt und der mit seinem Krümmungsmittelpunkt ausge richtet ist, so dass dieser mit dem des ersten Spiegels (60) und dem des Beu gungsgitters (50) zusammenfällt, um beabstandete + und - Beugungsord nungen bereitzustellen; und mit
einer Vielzahl von beabstandeten Bildsensoren (80, 84, 86, 88), die entlang der Brennebene (54) der Spiegel in einer voneinander beabstandeten Bezie hung angeordnet sind, um die optische Energie, die durch die ersten und zweiten Spiegel reflektiert wird, aufzunehmen.
einer Kammer (35) mit einem Eingangsschlitz (40);
einem sphärischen konvexen Beugungsgitter (50), das innerhalb der Kam mer (35) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Ein gangsschlitz (40) versetzt ist, ausgerichtet ist und das einen ersten Krüm mungsradius aufweist;
einem ersten konkaven sphärischen Spiegel (60) mit einem Krümmungsra dius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50), der versetzt bezüglich der Mittenachse des Gitters in einer ersten Richtung an geordnet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels mit dem Krümmungsmittelpunkt des Beugungsgitters übereinstimmt;
einem zweiten konkaven sphärischen Spiegel (70) mit einem Krümmungs radius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50), und der auf einer Seite von der Mittenachse angeordnet ist, die dem ersten Spiegel gegenüberliegt und der mit seinem Krümmungsmittelpunkt ausge richtet ist, so dass dieser mit dem des ersten Spiegels (60) und dem des Beu gungsgitters (50) zusammenfällt, um beabstandete + und - Beugungsord nungen bereitzustellen; und mit
einer Vielzahl von beabstandeten Bildsensoren (80, 84, 86, 88), die entlang der Brennebene (54) der Spiegel in einer voneinander beabstandeten Bezie hung angeordnet sind, um die optische Energie, die durch die ersten und zweiten Spiegel reflektiert wird, aufzunehmen.
2. Ermittlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Vielzahl von linearen
Bildsensoren (80, 84, 86, 88) zumindest einen Sensor beinhaltet, der in der
Kammer auf einer Seite des Eingangsschlitzes (40) angeordnet ist, und
zumindest einen Sensor, der in der Kammer (35) auf einer gegenüberlie
genden Seite des Eingangsschlitzes (40) angeordnet ist.
3. Ermittlungssystem nach Anspruch 2, bei welchem ein Paar von beabstande
ten Sensoren in der Kammer (35) auf gegenüberliegenden Seiten des Ein
gangsschlitzes (40) befestigt sind.
4. Ermittlungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Kammer (35) durch
ein Gehäuse (30) mit Seitenwänden (34, 36, 38, 41), einem Boden (32) und
einem entfernbaren Deckel (31) definiert ist und bei welchem das Beu
gungsgitter (50) an einer Steuerpositionierung auf dem Boden befestigt ist.
5. Ermittlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem der Krümmungsradius
des Beugungsgitters ungefähr 225 mm ist.
6. Ermittlungssystem nach Anspruch 5, bei welchem die Spiegel jeweils einen
Krümmungsradius von ungefähr 450 mm aufweisen.
7. Ermittlungssystem nach Anspruch 6, bei welchem der Eingangsschlitz (40)
in einer Wand des Gehäuses (30) gebildet ist, und zwar ungefähr 25 mm
versetzt vom Krümmungsmittelpunkt der Spiegel.
8. Ermittlungssystem nach Anspruch 7, mit einer einstellbaren Befestigungs
klammer für das Beugungsgitter.
9. Ermittlungssystem nach Anspruch 8, mit einer einstellbaren Befestigungs
klammer zur Befestigung von jedem der Sensoren auf dem Boden des Ge
häuses (30).
10. Ermittlungssystem nach Anspruch 9, mit einer einstellbaren Befestigungs
klammer zur Befestigung von jedem der Spiegel an einer Wand des Gehäu
ses (30).
11. Zentriertes sphärisches Ermittlungssystem für ein Atom-Emissions-Spektro
meter mit:
einem Gehäuse (30), das eine Kammer (35) definiert, wobei das Gehäuse (30) einen Eingangsschlitz (40) zur Aufnahme von Lichtemissionen von ei ner Probe, die analysiert werden soll, aufweist;
einem konvexen Beugungsgitter (50), das in dem Gehäuse (30) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Eingangsschlitz (40) ver setzt ist, ausgerichtet ist und einen ersten Krümmungsradius aufweist;
einem konkaven sphärischen Spiegel mit einem Krümmungsradius, der un gefähr zweimal so groß wie der des Beugungsgitters (50) ist, und der ver setzt von der Mitte des Gitters in einer ersten Richtung angeordnet ist, wo bei der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels mit dem Krümmungsmittel punkt des Beugungsgitters übereinstimmt; und mit
einer Vielzahl von beabstandeten linearen Bildsensoren, die in dem Gehäu se (30) befestigt sind, und entlang der Brennebene (54) des Spiegels beab standet in Bezug aufeinander anzuordnen sind, um die optische Energie, die durch den Spiegel reflektiert wird, zu empfangen.
einem Gehäuse (30), das eine Kammer (35) definiert, wobei das Gehäuse (30) einen Eingangsschlitz (40) zur Aufnahme von Lichtemissionen von ei ner Probe, die analysiert werden soll, aufweist;
einem konvexen Beugungsgitter (50), das in dem Gehäuse (30) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Eingangsschlitz (40) ver setzt ist, ausgerichtet ist und einen ersten Krümmungsradius aufweist;
einem konkaven sphärischen Spiegel mit einem Krümmungsradius, der un gefähr zweimal so groß wie der des Beugungsgitters (50) ist, und der ver setzt von der Mitte des Gitters in einer ersten Richtung angeordnet ist, wo bei der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels mit dem Krümmungsmittel punkt des Beugungsgitters übereinstimmt; und mit
einer Vielzahl von beabstandeten linearen Bildsensoren, die in dem Gehäu se (30) befestigt sind, und entlang der Brennebene (54) des Spiegels beab standet in Bezug aufeinander anzuordnen sind, um die optische Energie, die durch den Spiegel reflektiert wird, zu empfangen.
12. Ermittlungssystem nach Anspruch 11, bei welchem der Krümmungsradius
des Beugungsgitters ungefähr 225 mm ist.
13. Ermittlungssystem nach Anspruch 12, bei welchem der Spiegel einen
Krümmungsradius von ungefähr 450 mm aufweist.
14. Ermittlungssystem nach Anspruch 13, bei welchem der Eingangsschlitz (40)
in einer Wand des Gehäuses (30) gebildet ist, und zwar ungefähr 25 mm von
dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels versetzt.
15. Ermittlungssystem nach Anspruch 14, ferner mit einem zweiten Spiegel mit
einem Krümmungsradius von 450 mm, wobei der zweite Spiegel in dem Ge
häuse (30) auf einer Seite der Mittenachse angeordnet ist, die dem ersten
Spiegel gegenüber liegt.
16. Ermittlungssystem nach Anspruch 15, bei welchem die Vielzahl von linea
ren Bildsensoren zumindest einen Sensor beinhaltet, der in der Kammer
(35) auf einer Seite des Eingangsschlitzes (40) angeordnet ist, und wenig
stens einen Sensor, der in der Kammer auf einer gegenüberliegenden Seite
des Eingangsschlitzes angeordnet ist.
17. Ermittlungssystem nach Anspruch 16, bei welchem ein Paar von beabstan
deten Sensoren in der Kammer (35) auf gegenüberliegenden Seiten von dem
Eingangsschlitz (40) angeordnet sind.
18. Zentriertes sphärisches Spektrometer mit:
einer Emissionsquelle (12) für optische Energie, die analysiert werden soll;
einem Gehäuse (30) mit einem Eingangsschlitz (40);
einem konvexen sphärischen Beugungsgitter (50), das in dem Gehäuse (30) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Eingangsschlitz (40) versetzt ist, ausgerichtet ist und einen ersten Krümmungsradius auf weist;
einem ersten konkaven sphärischen Spiegel (60) mit einem Krümmungsra dius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50) und der in dem Gehäuse (30) versetzt von der Mittenachse in einer ersten Rich tung angeordnet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt des ersten Spiegels (60) mit dem Krümmungsmittelpunkt des Beugungsgitters (50) zusammen fällt;
einem zweiten konkaven sphärischen Spiegel (70) mit einem Krümmungs radius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters und der in dem Gehäuse (30) auf einer Seite der Mittenachse angeordnet ist, die dem ersten Spiegel gegenüberliegt, und der mit seinem Krümmungsmittel punkt so ausgerichtet ist, so dass dieser mit dem Krümmungsmittelpunkt des ersten Spiegels (60) und des Beugungsgitters (50) zusammenfällt;
einer Vielzahl von beabstandeten linearen Bilddetektoren, die entlang der Brennebene des ersten und zweiten Spiegels beabstandet zueinander ange ordnet sind, um die optische Energie, die durch die ersten und zweiten Spiegel reflektiert wird, aufzunehmen; und mit
einem Analysator, der mit den Detektoren verbunden ist, um die Spektral information, die durch die Detektoren ermittelt wird, zu analysieren.
einer Emissionsquelle (12) für optische Energie, die analysiert werden soll;
einem Gehäuse (30) mit einem Eingangsschlitz (40);
einem konvexen sphärischen Beugungsgitter (50), das in dem Gehäuse (30) angeordnet ist und entlang einer Mittenachse, die von dem Eingangsschlitz (40) versetzt ist, ausgerichtet ist und einen ersten Krümmungsradius auf weist;
einem ersten konkaven sphärischen Spiegel (60) mit einem Krümmungsra dius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters (50) und der in dem Gehäuse (30) versetzt von der Mittenachse in einer ersten Rich tung angeordnet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt des ersten Spiegels (60) mit dem Krümmungsmittelpunkt des Beugungsgitters (50) zusammen fällt;
einem zweiten konkaven sphärischen Spiegel (70) mit einem Krümmungs radius, der ungefähr zweimal so groß ist wie der des Beugungsgitters und der in dem Gehäuse (30) auf einer Seite der Mittenachse angeordnet ist, die dem ersten Spiegel gegenüberliegt, und der mit seinem Krümmungsmittel punkt so ausgerichtet ist, so dass dieser mit dem Krümmungsmittelpunkt des ersten Spiegels (60) und des Beugungsgitters (50) zusammenfällt;
einer Vielzahl von beabstandeten linearen Bilddetektoren, die entlang der Brennebene des ersten und zweiten Spiegels beabstandet zueinander ange ordnet sind, um die optische Energie, die durch die ersten und zweiten Spiegel reflektiert wird, aufzunehmen; und mit
einem Analysator, der mit den Detektoren verbunden ist, um die Spektral information, die durch die Detektoren ermittelt wird, zu analysieren.
19. Spektrometer nach Anspruch 18, bei welchem die Vielzahl von linearen
Bilddetektoren mindestens einen Detektor umfasst, der in dem Gehäuse
(30) auf einer Seite des Eingangsschlitzes (40) angeordnet ist, und wenig
stens einen Detektor der in dem Gehäuse (30) auf einer gegenüberliegenden
Seite des Eingangsschlitzes (40) angeordnet ist.
20. Spektrometer nach Anspruch 19, welchem ein Paar von beabstandeten De
tektoren in dem Gehäuse (30) auf gegenüberliegenden Seiten des Eingangs
schlitzes (40) angeordnet sind.
21. Spektrometer nach Anspruch 20, bei welchem das Gehäuse (30) durch ein
Gehäuse mit Seitenwänden, einem Boden und einem entfernbaren Deckel
definiert ist, und bei welchem das Beugungsgitter (50) an einer Steuerposi
tionierung auf dem Boden angeordnet ist.
22. Spektrometer nach Anspruch 21, bei welchem der Krümmungsradius des
Beugungsgitters ungefähr 225 mm ist.
23. Spektrometer nach Anspruch 22, bei welchem die Spiegel jeweils einen
Krümmungsradius von ungefähr 450 mm aufweisen.
24. Spektrometer nach Anspruch 23, bei welchem der Eingangsschlitz (40) in
einer Wand des Gehäuses (30) gebildet ist, und zwar ungefähr 25 mm ver
setzt vom Krümmungsmittelpunkt der Spiegel.
25. Spektrometer nach Anspruch 24 mit einer einstellbaren Befestigungsklam
mer für das Beugungsgitter (50).
26. Spektrometer nach Anspruch 25 mit einer einstellbaren Befestigungsklam
mer zur Anordnung eines jeden der Detektoren auf dem Boden des Gehäu
ses (30).
27. Spektrometer nach Anspruch 26 mit einer einstellbaren Befestigungsklam
mer zur Anordnung eines jeden der Spiegel an einer Wand des Gehäuses
(30).
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