DE60201596T2 - Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement - Google Patents

Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement Download PDF

Info

Publication number
DE60201596T2
DE60201596T2 DE60201596T DE60201596T DE60201596T2 DE 60201596 T2 DE60201596 T2 DE 60201596T2 DE 60201596 T DE60201596 T DE 60201596T DE 60201596 T DE60201596 T DE 60201596T DE 60201596 T2 DE60201596 T2 DE 60201596T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mirror
aspherical
spectrometer
spectrometer according
collimator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60201596T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60201596D1 (de
Inventor
Andrea Romoli
Matteo 50055 Lastra a Signa Taccola
Luciano 50013 Campi Bisenzio Calamai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Selex Galileo SpA
Original Assignee
Galileo Avionica SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Galileo Avionica SpA filed Critical Galileo Avionica SpA
Publication of DE60201596D1 publication Critical patent/DE60201596D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60201596T2 publication Critical patent/DE60201596T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometer und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Abbildungsspektrometer.
  • Stand der Technik
  • Ein Spektrometer ist ein optisches System, das ein Objekt in einer Überlagerung von chromatischen Bildern auf einer Bildebene, in welcher ein Detektor angeordnet ist, konjugiert.
  • Die Bilder jeder Wellenlänge werden durch eine Quantität, die von der Wellenlänge abhängt und in Übereinstimmung mit dem Gesetz der chromatischen Dispersion in eine Richtung übersetzt, die als die spektrale Richtung bekannt ist.
  • Das Objekt im Spektrometer ist häufig ein Bild, das von einem anderen optischen System kommt.
  • Das vom Spektrometer beobachtete Objekt ist im Allgemeinen durch eine Rechteck-Feldblende begrenzt, die als ein Spalt bekannt ist.
  • Die räumliche Richtung und die Spektralrichtung sind durch Bezugnehmen auf die Seiten des Spaltes oder dessen Bilder definiert. Die räumliche Richtung ist im Allgemeinen diejenige der längeren Seite des Spalt-Rechtecks und die Spektralrichtung ist die kürzere.
  • Das Bild wird in allen Arten von Spektrometern durch eine Überlagerung von chromatisch dispergierten chromatischen Bildern des Spaltes gebildet, das heißt, Bildern, die in der Spektralrichtung durch eine Quantität übersetzt sind, die von der Wellenlänge der Strahlung abhängt.
  • Die Spektrometerklasse umfasst generische Spektrometer und abbildende Spektrometer.
  • Zwischen einem generischen Spektrometer (nicht abbildend) und einem abbildenden Spektrometer besteht ein substantieller Unterschied:
  • Ein nicht abbildendes Spektrometer löst chromatisch die Strahlung auf, die von einem ausgedehnten Objekt kommt (normalerweise durch eine Rechteckfeldblende, als Spalt bekannt, begrenzt) und erzeugt eine Messung der Intensität jeder chromatischen Komponente, die in dem Objekt vorhanden ist. Diese Messung wird in der räumlichen Richtung integriert. Das heißt, dass der Detektor der in der Brennebene des Spektrometers liegt, nicht in der Lage ist, zwischen unterschiedlichen Punkten des Objektes (Spaltes) in räumlicher Richtung zu unterscheiden. Anders ausgedrückt, wenn ein elektrooptischer Detektor verwendet wird, ist er im Allgemeinen ein lineares Array.
  • In einem abbildenden Spektrometer dagegen kann der Detektor auch in der räumlichen Richtung unterscheiden. Für den Fall von elektrooptischen Sensoren werden diese rechteckige Matrizen von Detektoren sein.
  • Dementsprechend muss die Qualität der chromatischen Bilder des Spaltes so sein, dass es möglich ist, Details des Objektes in der räumlichen Richtung auflösen zu können.
  • Im Wesentlichen ist die Klasse der generischen, nicht abbildenden Spektrometer eine Unterklasse der abbildenden Spektrometer. Diese Erfindung kann sowohl bei abbildenden Spektrometern als auch bei nicht abbildenden Spektrometern angewandt werden.
  • 1 zeigt eine generische Repräsentation eines Spektrometers, in einer Konfiguration, die als Gaertner-Konfiguration bekannt ist. Das Spektrometer ist aus drei wesentlichen Teilen zusammengesetzt: Einem Kollimator C, einem chromatisch dispergierenden System oder dispergierendem Element D und einem fokussierendem Objekt F. Am Brennpunkt des Kollimators C ist ein Spalt S, der sich in Längsrichtung in rechten Winkeln zur Ebene der Zeichnung erstreckt.
  • Ein geeignetes optisches Fokussiersystem, das nicht dargestellt ist, und für das Spektrometer als solches ein Fremdteil ist, erzeugt das Abbild des zu analysierenden Objektes im Spalt S (für den Fall eines fernen Objektes wird ein Teleskop verwendet, während für nahe Objekte ein optisches Übertragungssystem (Relais), wie beispielsweise eine Mikroskoplinse verwendet wird).
  • Der Kollimator C projiziert das Bild des Spaltes S ins Unendliche, von dem divergierenden Strahlenbündel f1 der Strahlen, die von irgendeinem Punkt in dem Spalt kommen, in ein Strahlenbündel f2 zueinander parallelen Strahlen. Die Neigung dieses Strahlenbündels variiert mit dem Objektpunkt, von welchem das Strahlenbündel in Richtung der Senkrechten zur Zeichnung her kommt.
  • Die auf diese Art und Weise parallel gerichteten Strahlen gehen durch das dispergierende System D und werden in Abhängigkeit von der Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln gebeugt. Schlussendlich fokussiert das fokussierende Objektiv F die Strahlen, die die gleiche Richtung haben an demselben Bildpunkt. Daher werden Bilder des Spaltes mit unter schiedlichen "Farben" auf der Brennebene P gebildet und deren Position variiert in der Richtung rechtwinklig zu der Länge des Spaltes.
  • Die Gaertner-Konfiguration ermöglicht Spektrometer, deren Brennweiten des Kollimators C und des fokussierenden Objektivs F nicht notwendiger Weise die gleichen sind. Es ist daher möglich, andere Vergrößerungen als 1 × zu erhalten.
  • Ein Beispiel für ein Spektrometer dieser Art ist in der EP-A-0 316 802 beschrieben. Ein weiteres Beispiel eines Spektrometers mit einem besonderen System zur asphärischen Korrektur ist in der EP-A-1 178 293 beschrieben.
  • Das dispergierende Element, das in der 1 ursprünglich mit D bezeichnet ist, kann aus einer oder mehreren Komponenten in Form von Prismen (Brechungsdispersionselement), Beugungsgittern (Beugungsdispersionselement) oder Kombinationen derselben (Prismen und Gitter, als "grisms" bekannt) bestehen.
  • Ein allgemein unerwünschtes Phänomen, das als Spaltbildkrümmung, oder "Spaltkrümmung" oder "Lächeln" (smile) bekannt ist, kann dann erscheinen, wenn in einem abbildenden Spektrometer ein Brechungs- oder Prismendispersionselement verwendet wird, oder an den gekrümmten Oberflächen Brechungsgitter realisiert sind. Dieses Phänomen ist in der 2 dargestellt, die einige ideale Bildpunkte von P0 bis P8 zeigt, die durch einen schwarzen Punkt markiert sind und die auf dem Umfang eines rechteckigen Gitters zu finden sind, mit einer Höhe, die als räumliche Richtung bezeichnet wird (in der 2 vertikal) gleich der Länge des Spaltes und in einer Länge (der Horizontalrichtung) entsprechend der Verlängerung in der chromatischen Dispersionsrichtung des chromatischen Dispersionsbandes. Diese Punkte entsprechen:
    • – Im Zentrum des Spaltes: P4 am einen Ende des chromatischen Dispersionsbandes, P5 am anderen Ende des Bandes, P0 am Mittelpunkt des chromatischen Bandes,
    • – Am oberen Ende des Spaltes: P1 an einem Ende des chromatischen Dispersionsbandes, P2 am Mittelpunkt des chromatischen Bandes, P3 am anderen Ende des Bandes,
    • – am unteren Ende des Spaltes: P6 an einem Ende des chromatischen Dispersionsbandes, P7 am Mittelpunkt des chromatischen Bandes, P8 am anderen Ende des Bandes.
  • Die "wahren" Bilder des Spaltes für die drei unterschiedlichen Farben sind in dicken Linien gezogen. Die Punkte P'1 bis P'8 repräsentieren die realen Bilder, beeinflusst durch die Spektrometerverzerrung der entsprechenden Punkte von P1 bis P8.
  • Die Spaltbildkrümmung oder das "Lächeln" ist der horizontale Abstand (d. h. entlang der Spektralrichtung) der realen Bildpunkte zu den entsprechenden idealen Bildpunkten. Das "Lächeln" ist eine Funktion der Höhe h des jeweils in Betracht gezogenen Punktes am Spalt und der Wellenlänge λ. In Prismenspektrometern hängt das "Lächeln" vom Keilwinkel der Dispersionsprismen ab. Je kleiner die Keilwinkel sind, umso kleiner ist das eingeführte "Lächeln". Um das "Lächeln" unter Beibehaltung der gleichen Dispersion zu reduzieren, ist es notwendig, die Anzahl der Prismen zu erhöhen, während die Dispersionsenergie reduziert wird.
  • Dieser Fehler kann in diesen Geräten auch als ein Fehler auftreten, der als räumlicher Koregistrationsfehler bekannt ist, auftreten. Der räumliche Koregistrationsfehler ist der Abstand eines "realen" Bildpunktes zu seinem idealen Gegenstück, gemessen in der räumlichen Richtung anstatt der spektralen Richtung. In 5 ist dies mit SCRE bezeichnet. Die Art des Fehlers rührt von einer chromatischen Variation der Vergrößerung an der Basis des Sichtfeldes her.
  • So wie das "Lächeln" und die räumlichen Koregistrationsfehler wie vorstehend angegeben, ist es ebenfalls notwendig, bei der Herstellung eines Spektrometers die axialen und außeraxialen geometrischen und chromatischen Aberrationen, die die Feldkrümmung einschließen, zu berücksichtigen, die auftreten, wenn das Bild anstatt in einer Ebene auf einer gekrümmten Fläche liegt (einer sphärischen Kappe in anfänglicher Annäherung). Da in einem abbildenden Spektrometer die sensitiven Elemente des Detektors im allgemeinen auf einer Ebene liegen, ist diese Aberration in hohem Maß unerwünscht und muss innerhalb der Brenntiefe oder des Feldes des optischen Systems enthalten sein, was linear von der Wellenlänge abhängt und quadratisch von der relativen Apertur oder f-Zahl. Die Änderung der Größe des Bildes eines Punktes infolge der Feldkrümmung hängt quadratisch vom Abstand vom Mittelpunkt ab, das heißt, von der Höhe des Blickfeldes.
  • Andererseits ist die Korrektur der Aberrationen und insbesondere der Feldkrümmung für Systeme mit kleinen f-Zahlen (die relative Apertur oder f-Zahl ist durch die Beziehung A = Brennweite/verwendbarer Durchmesser gegeben), d. h. solchen, die weiter offen sind, noch wichtiger. Mit niedrigen f-Zahlen arbeiten zu können, ist ein wichtiges Merkmal für ein abbildendes Spektrometer mit hoher Leistung. Die größere Ausdehnung des Blickfeldes ist ein weiteres sehr wichtiges Merkmal für ein abbildendes Spektrometer.
  • Die Korrektur der Feldkrümmung zusammen mit den anderen Aberrationen ermöglicht es, eine bessere Auflösung des optischen Systems zu erhalten und daher Detektoren mit kleineren Pixeln zu verwenden. Dies führt in der Folge zu Systemen mit kürzeren Brennweiten und kompakteren Abmessungen. Selbstverständlich muss, je kleiner die Pixel bei der gleichen Auflösung und radiometrischen Effizienz sind, umso größer die Öffnung des Spektrometers sein, was eine kleinere f-Zahl als Konsequenz hat.
  • Die US-A-4 497 540 offenbart ein Spektrometer, das einen Eingangsspalt hat, an dessen stromab liegender Seite das Strahlenbündel kollimiert, in einem Prismendispersionselement dispergiert und danach auf einen Detektor fokussiert wird. Mit dem Prismendispersionselement ist ein asphärischer Spiegel kombiniert. In einer weiteren Ausführungsform, die in der US-A-4 497 540 offenbart ist, wird der kollimierte Strahl mittels eines Strahlteilers in zwei separate Strahlenbündel so aufgeteilt, dass die Infrarotstrahlung von der übrigen Strahlung getrennt ist und zwei separaten Strahlenbündel erzeugt sind. Entlang der zwei separaten Wege sind separate und unabhängige Prismendispersionselemente und asphärische Spiegel angeordnet, denen die zwei Strahlenbündel folgen, in welche das Hauptstrahlenbündel durch den Strahlteiler geteilt ist. Die dispergierten Strahlenbündel werden auf zwei separate Detektoren fokussiert.
  • Aufgabe und kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spektrometer zu schaffen, mit dem es möglich ist, die vorstehend angegebenen Fehler zu verringern und die chromatische Aberration zu verringern oder zu eliminieren. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein insbesondere kompaktes Spektrometer zu schaffen.
  • Diese und weitere Aufgaben und Vorteile, die für den Fachmann beim Lesen des folgenden Textes klar ersichtlich sind, werden im Wesentlichen mit einem Spektrometer gemäß Patentanspruch 1 erzielt.
  • Charakteristischerweise hat gemäß der vorliegenden Erfindung der Kollimator einen konvergierenden, sphärischen Spiegel, ein fokussierendes Element mit einem konvergierenden sphärischen Spiegel und das erste asphärische Korrekturelement mit einem ersten asphärischen Spiegel, das heißt, einer reflektierenden Schmidt-Platte zum Eliminieren der asphärischen und axialen Aberration. Weiterhin ist das Dispersionselement, das in Transparenz arbeitet, das heißt, durch welches der Eingangsstrahl der elektromagnetischen Strahlungen hindurchgeht, in dem optischen Weg so angeordnet, dass es vom Strahl wenigstens zweimal durchquert wird. Ausgezeichnete optische Qualitäten in Termen der Bandbreite und Verminderung oder Elimination der geometrischen Aberrationen werden mit einer Konfiguration dieser Bauart erzielt, wie dies im Folgenden detaillierter erörtert wird. Weiterhin ermöglicht die Anordnung des Dispersionselementes, die einen doppelten Durchgang zulässt, die Verringerung der Anzahl von Dispersionselementen mit der gleichen Dispersion. Dies führt zu einer Verminderung der Anzahl von Vorrichtungskomponenten und daher zu einer größeren Kompaktheit. Die Konstruktion der Dispersionselemente ist einfacher, da Dispersionsprismen mit kleinen Winkeln mit der gleichen Dispersion verwendet werden können als sie mit traditionellen Systemen erzielt wird, in welchem der Strahl nur einmal durch das Dispersionsprisma hindurchgeht.
  • In der Praxis kann die Anordnung so sein, dass der Strahl durch das Dispersionselement ein erstes Mal an der stromauf liegenden Seite des asphärischen Spiegels und einmal an der stromab liegenden Seite des asphärischen Spiegels hindurchgeht.
  • Der asphärische Spiegel kann ein Teil des Kollimators sein oder kann ein Teil der Fokussiereinrichtung sein. Gemäß der Erfindung wird auch ein zweites asphärisches Korrekturelement in Erwägung gezogen. Dies kann aus einer dioptrischen Schmidt-Platte bestehen, das heißt, eine durchlässig arbeitende Platte, wobei der zu korrigierende Strahl durch die Platte selbst hindurchgeht, anstatt dass er an dieser reflektiert wird. Ungeachtet dessen ist gemäß einer weiteren Verbesserung der vorliegenden Erfindung das zweite asphärische Korrekturelement ebenfalls ein reflektierendes Element, das heißt, ein asphärischer Spiegel, um qualitativ überragende Ergebnisse zu erzielen. Dadurch wird es möglich, die Einführung von nicht zu eliminierender chromatischer Aberration in die lichtbrechenden Schmidt-Platten, welche durchlässig arbeiten, zu verhindern.
  • Weiterhin sind gemäß der Erfindung auch zwei Dispersionselemente vorgesehen. Der Strahl der Lichtstrahlung kann durch jedes derselben zweimal hindurchgehen, vorteilhafter Weise vor und nachdem der Strahl zum jeweiligen asphärischen Korrekturelement weitergeleitet worden ist. Die Möglichkeit der Verwendung von weiteren Dispersionselementen, durch die der Strahl nur einmal hindurchgeht, wird nicht ausgeschlossen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwesenheit von zwei asphärischen Korrekturelementen, wobei die diesen zugeordneten Dispersionselemente so angeordnet sein können, dass der Strahl der Lichtstrahlung durch eines nur einmal hindurchgeht und durch das andere zweimal hindurchgeht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das erste und/oder zweite asphärische Korrekturelement in Form einer reflektierenden Oberfläche an einer Stirnfläche des jeweiligen Dispersionselementes. Dadurch wird es möglich, weitere Vorteile zu erzielen, wie sie im Folgenden anhand des spezifischen Beispiels der Implementierung beschrieben sind.
  • Das oder jedes Dispersionselement kann aus einem einzelnen Prisma oder zwei oder mehr Prismen bestehen. Diese können aneinander gekoppelt sein, das heißt, eine gemeinsame Stirnfläche haben. Umgekehrt können die zwei oder mehr Prismen, die das oder jedes Dispersionselement bilden, aufeinander folgend entlang des Strahlengangs angeordnet sein, ohne dass sie irgendwelche Stirnflächen gemeinsam haben.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Verwendung eines divergierenden sphärischen Spiegels (vorzugsweise zugeordnet zum Kollimator) in Betracht gezogen, der die Feld- und Spaltkrümmung eliminiert, um auch die Feldkrümmung zu eliminieren, ohne auf eine besondere Wahl der Brennweiten und eine besondere Ausrichtung der Optiken, welche das System bilden, beschränkt zu sein. Vorzugsweise ist ein derartiger Spiegel direkt an der stromab liegenden Seite des Eingangsspaltes zwischen diesem und dem konvergierenden Spiegel des Kollimators angeordnet.
  • In der Praxis ist die Struktur des Kollimators, der das asphärische Korrekturelement und den konvergierenden sphärischen Spiegel hat, eine achsenversetzte Schmidt-Objektivstruktur (für den Fall, bei dem ein divergierender Spiegel zum Konvergieren der Feldkrümmung verwendet wird) oder ein achsenversetztes Schmidt-Cassegrain-Objektiv, das ein Objektiv ist, bei dem die optische Achse nicht mit der geometrischen Achse übereinstimmt.
  • In einer verbesserten Ausführungsform dieser Erfindung kann das Spektrometer eine Aufteilung des Strahls in zwei oder mehr Spektralkanäle zeigen. Insbesondere ist es möglich, einen Strahlteiler entlang des ersten optischen Strahlengangs ins Auge zu fassen, an dessen stromab liegender Seite sich der erste optische Strahlengang erstreckt, um den ersten De tektor zu erreichen, um einen ersten spektralen Kanal zu erzeugen. Wiederum an der stromab liegenden Seite des Strahlteilers entwickelt sich ein zweiter optischer Strahlengang, bildet den zweiten spektralen Kanal, entlang welchem wenigstens ein zweiter Detektor angeordnet ist. Es ist zu ersehen, dass durch die Verwendung mehrerer dichroitischer Spiegel oder Strahlteiler es gleichermaßen möglich ist, selbst mehr als zwei Spektralkanäle zu erzielen, und daher mehr als zwei optische Strahlengänge zu erzielen, die an jeweiligen Detektoren enden.
  • Die Unterteilung der Strahlengänge in zwei (oder mehr) separate Spektralkanäle kann an verschiedenen Punkten im ersten Strahlengang durchgeführt werden, so dass die verschiedenen Strahlengänge eine größere oder kleinere Anzahl von Komponenten gemeinsam haben. Die Wahl der einen oder anderen der verschiedenen möglichen Kombinationen hängt beispielsweise von den Anforderungen bezüglich Kosten, Raum, Abmessungen und reziproker Kompatibilität zwischen Spektralbändern, die durch das Spektrometer zu behandeln sind, ab. Beispielsweise ist es möglich, das Spektrometer in Betracht zu ziehen, welches entlang dem ersten Strahlengang einen Strahlteiler hat, an dessen stromab liegender Seite sich der erste Strahlengang erstreckt und sich ein zweiter Strahlengang entwickelt, wobei wenigstens ein zweiter Detektor entlang des zweiten Strahlengangs angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, in Betracht zu ziehen, dass der Strahlteiler an der stromab liegenden Seite der ersten Fokussiereinrichtung liegt. Oder der Strahlteiler kann an der stromab liegenden Seite des ersten Dispersionselementes und an der stromauf liegenden Seite der ersten Fokussiereinrichtung angeordnet sein, während der zweite Strahlengang eine zweite Fokussiereinrichtung und ein zweites Detektorelement aufweist. Der erste und zweite Strahlengang können jeweils an der stromab liegenden Seite des Strahlteilers ein weiteres Dispersionselement aufweisen.
  • In einer anderen möglichen Konfiguration ist der Strahlteiler an der stromauf liegenden Seite des ersten Dispersionselementes angeordnet und der zweite Strahlengang hat ein zweites Dispersionselement, eine zweite Fokussiereinrichtung mit einem entsprechenden sphärischen Spiegel und den zweiten Detektor. Der zweite Strahlengang kann ein weiteres asphärisches Korrekturelement aufweisen, das ein asphärischer Spiegel sein kann, der zwi schen dem Strahlteiler und dem sphärischen Spiegel der zweiten Fokussiereinrichtung und das weitere asphärische Korrekturelement können ihrerseits ein achsversetztes Schmidt-Objektiv sein.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften und Ausbildungen der Ausführungsform dieser Erfindung sind in den anhängenden Unteransprüchen angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen besser verständlich, die praktische, nicht begrenzende Formen der Ausführungsform der Erfindung zeigen. Im Einzelnen zeigt:
  • 1 eine Prinzipdarstellung eines Spektrometers mit der Gaertner-Konfiguration, wie vorstehend beschrieben;
  • 2 eine schematische Darstellung des Phänomens der Spaltkrümmung und des räumlichen Koregistrationsfehlers;
  • 3 bis 9 verschiedene mögliche Konfigurationen eines Spektrometers gemäß der Erfindung;
  • 10 eine Ausführungsform, die nicht in den Umfang der Patentansprüche fällt; und
  • 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Formen der Ausführungsform der Erfindung
  • 3 zeigt eine erste mögliche Form der Ausführungsform des Spektrometers gemäß dieser Erfindung, im Allgemeinen als 2 bezeichnet. Dem Strahlengang des hereinkommenden Strahls folgend, präsentiert das Spektrometer einen Eingangsspalt 1, der sich rechtwinklig zur Zeichenebene erstreckt. Die von der Eingangsoptik, welche keinen Teil des Spektrometers bildet, und die nicht dargestellt ist, kommenden Strahlen gehen durch diesen Spalt. Die Charakteristika dieser Optik variieren auf der Basis der spezifischen Anwendung, für welche das Spektrometer verwendet wird. Der Eingangsstrahl, welcher durch den Spalt 1 hindurchgeht, trifft auf einen ersten divergierenden sphärischen Spiegel 3, der dazu dient, die Feldkrümmung und die Spaltkrümmung ("Lächeln") zu korrigieren. Der am Spiegel 3 reflektierte Strahl, der mit F3 bezeichnet ist, trifft dann auf den konvergierenden sphärischen Spiegel 5, der den Spiegel eines Schmidt-Objektivs bildet, das den Kollimator des Spektrometers bildet. Der kollimierte Strahl f5, der am sphärischen Spiegel 5 reflektiert worden ist, trifft dann auf einen asphärischen Korrekturspiegel 7, um die axiale und außeraxiale sphärische Aberration zu korrigieren.
  • Das System, welches durch den divergierenden, sphärischen Spiegel 3, den konvergierenden sphärischen Spiegel 5 und den asphärischen Korrekturspiegel 7 gebildet ist, die zusmamen den Kollimator des Spektrometers 2 bilden, bildet ein Objektiv, das allgemein als Schmidt-Cassegrain-Objektiv mit Spiegelkorrektur bekannt ist. Die optische Achse dieses Systems ist die A-A-Achse. Es ist daher ein achsentferntes Objektiv.
  • Vor dem Erreichen des asphärischen Korrekturspiegels 7 geht der kollimierte Strahl F5 das erste Mal durch den, oder das dispergierende Element, das ursprünglich mit 9 bezeichnet ist und das bei diesem Beispiel der Ausführungsform ein Paar Prismen 11 und 13 aufweist, zwischen welchen eine Aperturblende (nicht dargestellt) angeordnet sein kann. Das Dispersionselement 9 ist zwischen dem Kollimatorspiegel 5 und dem asphärischen Korrekturspiegel 7 angeordnet. Jedes der zwei Prismen 11, 12 kann aus zwei optischen Keilen aus Materialien, die nicht identisch sein müssen, bestehen. Diese Charakteristika sind jedoch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht bindend. Es ist möglich, ein Breitband spektrometer zu schaffen, bei dem eine größere Anzahl von Prismen oder ein einzelnes Prisma verwendet wird. Der dispergierte Strahl F9', der das Dispersionselement 9 verlässt, trifft auf den asphärischen Korrekturspiegel 7 und wird durch diesen Spiegel reflektiert und geometrisch korrigiert, geht noch einmal durch das Dispersionselement 9. Der Strahl der elektromagnetischen Strahlung geht daher zweimal durch das letztgenannte: Einmal vor und einmal nach der Korrektur durch den asphärischen Korrekturspiegel 7.
  • Der Strahl F9'', der das Dispersionselement nach dem zweiten Durchgang verlässt, tritt dann in die Fokussiereinrichtung ein, die aus einem asphärischen Korrekturspiegel 17 besteht, der den Strahl F17 in Richtung auf einen konvergierenden sphärischen Spiegel 19 reflektiert, von welchem aus der fokussierte Strahl F19 einen Detektor 21 erreicht. Der asphärische Korrekturspiegel 17 und der konvergierende sphärische Spiegel 19 bilden ein Schmidt-Objektiv, in welchem der Korrekturspiegel 17 die geometrischen Aberrationen mit Ausnahme der Feldkrümmung korrigiert. Letztere wird zweckmäßigerweise direkt durch den divergierenden, sphärischen Eingangsspiegel 3 korrigiert, dessen negative Energie so gewählt ist, dass die Feldkrümmung der zwei Objektive (Kollimator und Fokussiereinrichtung) eliminiert wird. Die optische Achse des fokussierenden Objektivs ist durch B-B angezeigt. In diesem Fall ist das optische System ebenfalls ein achsentferntes.
  • Bevor der Strahl F9'', der aus dem ersten Dispersionselement 9 austritt, auf den asphärischen Korrekturspiegel 17 trifft, geht er ein erstes Mal durch ein zweites Dispersionselement 18, das wie das Dispersionselement 9 aus zwei Prismen 20, 22 besteht. Der Strahl geht durch dieses Dispersionselement nochmals, nachdem er an dem asphärischen Korrekturspiegel 17 reflektiert worden ist. Daher wird auch das zweite Dispersionselement 18, das der Fokussiereinrichtung des Spektrometers zugeordnet ist, vom Strahl zweimal durchschritten. Der Strahl der elektromagnetischen Strahlungen wird daher insgesamt acht Dispersionen unterzogen, indem er durch vier Prismen zweimal hindurchgeht.
  • In diesem Beispiel der Ausführungsform und in weiteren, die weiter unten beschrieben werden, liegen die Achsen der verschiedenen Strahlen in ein und derselben Ebene, aber dies ist nicht unverzichtbar. Tatsächlich ist es ausgehend von der Konfiguration gemäß 3 möglich, unzählige Varianten der Anordnung der Komponenten des Systems zu erzielen, indem zwischen dem sphärischen Spiegel und dem Dispersionselement 9 immer dann, wenn der Strahl F17 sich nicht mit anderen Strahlen schneidet und/oder zwischen den sphärischen Spiegel 19 und die Dispersionselementgruppe 18, immer dann, wenn der Strahl F5 sich nicht mit anderen Strahlen schneidet, ebene Ablenkspiegel in irgendeinem gewünschten Winkel einzusetzen. Auf diese Art und Weise können der Kollimator und/oder die Fokussiereinrichtung außerhalb der Zeichenebene liegen. Es ist auch möglich, die Strahle dort abzulenken, wo sie sich schneidert, wobei die Strahlen F3 und F5 gleichzeitig mit einem ebenen Spiegel abgelenkt werden und/oder die Strahlen F17 und F19 auf die gleiche Art und Weise abzulenken. Im Prinzip ist es möglich, an dem Punkt, wo die Strahlen F5 und F17 einander kreuzen, einen ebenen, doppelseitigen Spiegel so einzusetzen, dass die Positionen von Kollimator und Fokussiereinrichtung ausgewechselt werden.
  • 4 zeigt eine unterschiedliche Konfiguration des Spektrometers gemäß der Erfindung. Identische Bezugsziffern bezeichnen Teile, die mit denen der 3 identisch sind oder diesen entsprechen. Der Unterschied liegt im Vergleich zur Konfiguration gemäß 3 in der Anwesenheit eines weiteren Dispersionselementes, bestehend aus einem Prisma 24, das zwischen den Dispersionselementen 9 und 18 angeordnet ist, durch welches der aus dem Dispersionselement 9 auftretende Strahl F9'' nur einmal durchgeht.
  • 5 zeigt eine weitere Variante der Ausführungsform des Spektrometers gemäß 3. Identische Bezugsziffern bezeichnen wiederum Teile, die mit denen der 3 identisch sind oder diesen entsprechen. In diesem Fall sind die zwei asphärischen Korrekturspiegel 7, 17 direkt an den Rückseiten der Prismen 13 und 22 der Dispersionselemente 9 bzw. 18 angeordnet, anstatt an Elementen, die physikalisch von den Prismen getrennt sind. Die übrigen Komponenten des Systems bleiben im Wesentlichen unverändert. Vom optischen Standpunkt aus betrachtet besteht der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform in der Tatsache, dass vier Durchgänge durch die Prismen eliminiert sind, was einen geringeren Verlust und eine größere Effizienz zum Ergebnis hat. Vom mechanischen Standpunkt aus betrachtet erzielt diese Konfiguration den weiteren Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten der Vorrichtung reduziert ist.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Spektrometers. Identische Bezugsziffern bezeichnen Teile, die mit denen der vorhergehenden Beispiele der Ausführungsform identisch sind oder diesen entsprechen. Der Strahl tritt durch einen Spalt 1 in das Spektrometer ein und trifft auf einen divergierenden sphärischen Spiegel 3 für die Korrektur der Feldkrümmung und der Spaltkrümmung. Der Strahl F3, der vom Spiegel 3 reflektiert wird, trifft auf einen konvergierenden sphärischen Kollimatorspiegel 5, an dem ein parallel gerichteter Strahl F5 auftrifft. Letzterer trifft auf einen ebenen Spiegel 6, der den Strahl F5 auf das erste Dispersionselement 9, das bei diesem Beispiel der Ausführungsform aus einem einzelnen Prisma besteht, ablenkt. Der Strahl F9', der das Prisma des Dispersionselementes 9 verlässt, trifft auf den asphärischen Korrekturspiegel 7 und geht, durch diesen reflektiert, durch dasselbe Prisma 9 ein zweites Mal hindurch.
  • Der Strahl F9'', der das Prisma des Dispersionselementes 9 nach dem zweiten Durchgang verlässt, trifft auf ein zweites Dispersionselement 18, das in diesem Fall ebenfalls aus einem einzelnen Prisma besteht und wird durch einen zweiten asphärischen Korrekturspiegel 17 reflektiert. Letzterer reflektiert den korrigierten Strahl wieder auf das Dispersionselement 18, durch welches der Strahl in diesem Fall wiederum zweimal hindurchgeht, bevor und nachdem die geometrische Korrektes durch den asphärischen Korrekturspiegel 17 erfolgt ist. Der Strahl F17, der vom asphärischen Korrekturspiegel 17 reflektiert ist und am Dispersionselement 18 austritt, wird durch einen ebenen Spiegel 26, der beim gezeigten Beispiel bezogen auf die Zeichenebene geneigt ist, so reflektiert, dass der reflektierte Strahl aus der Ebene selbst austritt. Diese dreidimensionale Wirkung ist in der Zeichnung gemäß 6 in einer ebenen Repräsentation nicht sichtbar. Es ist jedoch zu realisieren, dass der Strahl, der vom ebenen Spiegel 26 reflektiert wird, auf einen konvergierenden sphärischen Fokussierspiegel 19 trifft, der in einer zu den übrigen, in soweit beschriebenen optischen Komponenten unterschiedlichen Ebene liegt.
  • Der fokussierte Strahl F19 tritt am konvergierenden Spiegel 19 der Fokussiereinrichtung aus und trifft auf den Detektor 21. In dem Fall, in welchem der ebene Spiegel 26 nicht rechtwinklig zur Zeichenebene liegt, sind der sphärischen Spiegel 19 und der Detektor 21 zu dieser Ebene geneigt.
  • Eine ähnliche Konfiguration wie die der 6 ist in der 7 gezeigt, wobei identische Bezugsziffern Teile bezeichnen, die mit denen der 6 identisch sind oder diesen entsprechen. Diese Konfiguration ist jedoch notwendigerweise aus der Zeichenebene abgelenkt, um eine Beeinträchtigung des Strahls F9" durch den Detektor 21 zu verhindern.
  • 8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie in 7, die jedoch dadurch modifiziert ist, dass ein Doppelstrahlengang und ein Doppeldetektor vorgesehen sind. Wiederum bezeichnen identische Bezugsziffern Teile, die mit denen des Ausführungsbeispieles der 6 und 7 identisch sind oder diesen entsprechen. Bei diesem Beispiel trifft der Strahl F19, der durch den konvergierenden, sphärischen Spiegel 19 der Fokussiereinrichtung fokussiert austritt, auf einen dichroitischen Spiegel 30 oder ein anderes Strahlteilerelement auf seinem Strahlengang. Ein Teil F19' des Strahls F19 geht durch das Element 30 und erreicht den Detektor 21A, während der andere Teil F19'' des Strahls F19 durch das Element 30 abgelenkt ist und einen zweiten Detektor 21B auf einen zweiten Strahlengang erreicht. Die zwei Strahlen F19' und F19" entsprechen zwei unterschiedlichen Spektralbändern. Ihre Trennung macht es möglich, besondere Detektoren für zwei Bänder zu verwenden.
  • Eine ähnliche Anordnung kann durch die Verwendung eines vollständig reflektierenden Spiegels anstatt des dichroitischen Spiegels 30 getroffen werden. In diesem Fall wird der Strahl F19 gänzlich auf den Detektor 21B reflektiert und der Detektor 21A wird weggelassen.
  • 9 zeigt eine Variante der Realisierung der Konfiguration gemäß 5. Identische Bezugszeichen bezeichnen identische oder entsprechende Teile. Verglichen mit dem Beispiel gemäß 5 ist in der 9 ein dichroitischer Spiegel 30 oder ein anderes Strahlteilerelement in Betracht gezogen und teilt den Strahl F19 in zwei Teile F19' und F19'', die zu einem ersten Detektor 21A und einem zweiten Detektor 21B geschickt werden.
  • Die Teilung des Strahls entlang von zwei (oder mehr) Detektionsgängen kann auch an einem anderen Punkt als im Hauptstrahlengang durchgeführt werden. In diesem Fall wird es eine größere Anzahl von optischen Komponenten geben und diese müssen verdoppelt in beiden Strahlengängen angeordnet sein.
  • Insbesondere ist die Möglichkeit wichtig, einen oder mehrere dichroitische Teiler in die Sektionen in praktisch parallele Strahlen zwischen den Dispersionsprismen und den sphärischen Spiegeln des Kollimators und/oder der Fokussierobjektive einzusetzen. Das Einsetzen von dichroitischen Teilern in parallele Strahlen beseitigt die Notwendigkeit, asphärische Oberflächen zum Korrigieren der Aberrationen zu verwenden, die durch eine schräge Platte in die konvergierenden Strahlen eingeführt sind.
  • Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurde ein Spektrometer mit zwei asphärischen Korrekturspiegeln 7 und 17 und zwei Dispersionselementen 9 und 18 beschrieben. Dies ist nicht die einzige mögliche Konfiguration des Spektrometers. Beispielsweise zeigt 10 eine Ausführungsform, bei der nur ein asphärischer Korrekturspiegel verwendet wird. In diesem Fall tritt der Strahl der elektromagnetischen Strahlung in das Gerät durch einen Spalt ein, der immer noch mit 1 bezeichnet ist und wird durch einen sphärischen, konvexen Spiegel 3 zur Korrektur der Spaltkrümmung reflektiert. Der am Spiegel 3 austretende Strahl F3 wird durch einen ersten, konvergierenden, sphärischen Kollimatorspiegel 5 reflektiert. Der parallel gerichtete Strahl F5 erreicht ein Dispersionselement 9, bestehend aus zwei Prismen 11, 13. Nachdem Hindurchgehen durch die zwei Prismen 11, 13 des Dispersionselementes 9 trifft der Strahl, der mit F9' bezeichnet ist, auf einen asphärischen Korrekturspiegel 7 und wird durch diesen reflektiert. Der geometrisch korrigierte Strahl, der vom asphärischen Spiegel 7 reflektiert worden ist, geht noch einmal durch die Prismen 11 und 13 und wird wiederum einer Dispersion unterzogen.
  • Der am Dispersionselement 9 nach dem zweiten Durchgang austretende Strahl F9'' erreicht direkt einen konvergierenden sphärischen Fokussierspiegel 19, der den Strahl F19 auf den Detektor 21 fokussiert.
  • Nach dem Fixieren der Winkelposition des fokussierenden Objektivs mit Bezug auf den Hauptstrahl, der aus dem Dispersionselement 9 austritt, können in allen vorstehend be schriebenen Konfigurationen die Feldkrümmung und die Spaltkrümmung oder das "Lächeln" gleichzeitig unter Verwendung eines einzigen divergierenden sphärischen Spiegels 3 korrigiert werden, der mit Bezug auf die Ebene, in welcher der Eingangsspalt 1 liegt, geeignet geneigt ist.
  • Weiterhin kann unter Berücksichtigung, dass die Systeme, welche das fokussierende Objektiv und den Kollimator bilden, die gleichen Aberrationen haben, diese durch geeignetes Auswählen der Konfiguration der Prismen, der Brennweite der Objektive und der Winkelposition des fokussierenden Objektivs aufgehoben werden. Wenn in diesem Fall keine Beschränkungen geometrischer oder anderer Natur, die gegen die Wahl dieser speziellen Anordnung gerichtet sind oder diese behindern, kann die Kompensation der Feldkrümmung und der Spaltkrümmung selbst ohne den divergierenden sphärischen Spiegel 3 erzielt werden.
  • Es ist möglich, Konfigurationen zu machen, bei denen das Spektrometer mit einer Vergrößerung größer als Eins arbeitet, indem die Brennweiten von Kollimator und Fokussiereinrichtung diversifiziert werden. In diesem Fall müssen keine besonderen Listen befolgt werden und es gelten die gleichen Beobachtungen wie vorstehend angegeben. In diesem Fall ist es auch möglich, sowohl die Feldkrümmung als auch das "Lächeln" mit einem einzigen divergierenden sphärischen Spiegel 3 zu korrigieren, der nahe dem Eingangsspalt 1 angeordnet ist.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen verwenden nur reflektierende Elemente für die Korrektur der geometrischen Aberrationen. Insbesondere werden sphärische Spiegel 7 und 17 sowohl im Kollimator als auch in der Fokussiereinrichtung zum Korrigieren der axialen und außeraxialen sphärischen Abberation verwendet. Die Verwendung dieser Komponenten macht es möglich, das Einleiten von chromatischen Abberationen zu verhindern und eine Vorrichtung zu erhalten, die insbesondere bezüglich des Widerstands gegenüber Strahlung und Ausdehnung des chromatischen Bandes von Vorteil ist.
  • Ungeachtet dessen weil dies teilweise ohne diesen doppelten Vorteil erfolgt, ist es möglich, Spektrometer zu machen, bei denen einer der asphärischen Spiegelkorrektoren durch eine lichtbrechende Schmidt-Platte, d. h. im Durchlicht, ersetzt ist.
  • 11 zeigt eine weitere mögliche Anordnung ähnlich der in der 10 gezeigten. Identische Bezugsziffern bezeichnen Teile, die mit denen der 10 identisch sind oder diesen entsprechen. Der Eingangsspalt ist mit 1 bezeichnet, und 3 ist der divergierende, sphärische Spiegel zum Korrigieren der Feldkrümmung und der Spaltkrümmung. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet den konvergierenden sphärischen Spiegel des Kollimator-Objektivs, der den Strahl F3 aufnimmt, welcher vom divergierenden Spiegel 3 reflektiert worden ist und diesen als F5 reflektiert. Der Strahl F5, der vom Spiegel 5 reflektiert worden ist, geht ein erstes Mal durch ein erstes Dispersionselement 9, das durch zwei Prismen 11, 13 gebildet ist und erreicht eine reflektierende Schmidt-Platte, d. h. einen asphärischen Korrekturspiegel 7, der als reflektierende Oberfläche des Prismas 13 realisiert ist. Der durch die Schmidt-Platte oder den asphärischen Korrekturspiegel korrigierte und reflektierte Strahl geht ein zweites Mal durch das Dispersionselement 9, das durch die Prismen 11, 13 gebildet ist und erreicht (Strahl F9'') einen ersten ebenen Spiegel 14. Der von dem ersten, ebenen, beugenden Spiegel 14 reflektierte Strahl F14 trifft auf einen zweiten ebenen, beugenden Spiegel 16, der den Strahl (Strahl F16) auf ein zweites Dispersionselement 18 ablenkt, das aus zwei Prismen 20, 22 besteht, die (in dem dargestellten Beispiel) als ein Teil mit den entsprechenden Prismen 11, 13 des Dispersionselementes 9 ausgebildet sind. An der Rückseite des Prismas 22 ist ein zweiter asphärischer Korrekturspiegel ausgebildet, das heißt, eine zweite reflektierende Schmidt-Platte, die mit 17 bezeichnet ist, die (in diesem Beispiel) als eine einzelne, reflektierende Platte mit der Platte 7 realisiert ist.
  • Der Strahl F17, der durch den asphärischen Korrekturspiegel 17 korrigiert und reflektiert ist, geht ein zweites Mal durch das Dispersionselement 18 und erreicht einen konvergierenden sphärischen Spiegel 19, der einen Teil des Fokussierobjektivs bildet. In dem dargestellten Beispiel sind der konvergierende sphärische Spiegel 19 und der konvergierende, sphärische Spiegel 5 des Kollimators durch unterschiedliche Teile des gleichen konkaven sphärischen Spiegels gebildet. Der Strahl F19 wird vom Fokussierspiegel 19 fokussiert, zum Detektor 21 geschickt.
  • In dem Beispiel gemäß 11 bestehen die zwei Prismen 13 und 22 aus einem einzigen Stück und daraus folgend sind die zwei asphärischen Korrekturspiegel 7, 17 aus einer einzigen Platte gebildet. Einfacher sind in einer Variante dieser Ausführungsform diese Prismen als zwei einzelne Teile gebildet und der asphärische Korrekturspiegel wird an einem separaten Halter dieser Prismen gebildet, möglicherweise in einem Teil oder in zwei Teilen (Spiegel 7 und Spiegel 17).
  • In den verschiedenen Konfigurationen bezeichnen A-A und B-B die optischen Achsen des Kollimators und der Fokussiersysteme.
  • Es ist klar zu ersehen, dass die Zeichnung nur mögliche Formen der Ausführungsform der Erfindung zeigt, deren Formen und Anordnungen jedoch variieren können, ohne dass das Rahmenwerk der Grundkonzeption der Erfindung verlassen wird, die in den anhängenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims (18)

  1. Spektrometer mit wenigstens einem ersten Strahlengang für den Strahl einer elektromagnetischen Strahlung, entlang welchem angeordnet sind: ein Eingangsspalt (1) für den Eingangsstrahl (f3); wenigstens ein Kollimator mit einem ersten, konvergierenden sphärischen Spiegel (5) zum Parallelrichten des Eingangsstrahls; ein erstes dispergierendes Element (9) zum Dispergieren des Strahls, welcher durch den ersten Kollimator parallel gerichtet ist, in dessen chromatische Komponenten, wobei das erste dispergierende Element in dem Strahlengang so angeordnet ist, daß es wenigstens zweimal von dem Strahl der elektromagnetischen Strahlung durchquert wird; ein erstes asphärisches Korrekturelement kombiniert mit dem ersten dispergierenden Element (9) und mit einem ersten asphärischen Spiegel (7); ein zweites dispergierendes Element (18) kombiniert mit einem zweiten asphärischen Korrekturelement (17); wenigstens ein erstes Fokussierelement mit einem zweiten konvergierenden sphärischen Spiegel (19); und wenigstens ein erster Detektor (21), der den dispergierten und fokussierten Strahl (f19) von dem ersten Fokussierelement (19) empfängt; wobei die ersten und zweiten dispergierenden Elemente (9, 18) und die ersten und zweiten asphärischen Korrekturelemente (7, 17) so angeordnet sind, dass der von Kollimator (5) kommende gebündelte Strahl (f5) sowohl durch das erste als auch zweite dispergierende Element (9, 18) hindurchgeht und durch die erste und zweiten asphärischen Korrekturelemente (7, 17) korrigiert wird.
  2. Spektrometer nach Anspruch 1, wobei das zweite asphärische Korrekturelement einen zweiten asphärischen Spiegel (17) aufweist.
  3. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste dispergierende Element (9) ein Dispersionsprisma ist.
  4. Spektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite dispergierende Element (18) ein Dispersionsprisma ist.
  5. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl ein erstes Mal stromaufwärts von dem ersten asphärischen Spiegel (7) und einmal stromabwärts von dem ersten asphärischen Spiegel durch das erste dispergierende Element durchgeht.
  6. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste asphärische Spiegel (7) dem Kollimator (5) zugeordnet ist.
  7. Spektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste dispergierende Element (9) entlang des Strahlengangs zwischen dem Kollimator (5) und dem ersten asphärischen Spiegel (7) angeordnet ist.
  8. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite dispergierende Element (18) in dem Strahlengang so angeordnet ist, dass es von dem Strahl der elektromagnetischen Strahlung wenigstens zweimal durchschritten wird.
  9. Spektrometer nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite dispergierende Element (18) so angeordnet ist, dass der Strahl der elektromagnetischen Strahlung ein erstes Mal stromaufwärts von dem zweiten asphärischen Spiegel (17) und einmal stromabwärts von dem zweiten asphärischen Spiegel durch das dispergierende Element hindurchgeht.
  10. Spektrometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite dispergierende Element (18) in dem Strahlengang zwischen dem zweiten asphärischen Korrekturelement (17) und dem Fokussierelement (19) angeordnet ist.
  11. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konvergierende, sphärische Spiegel (5) des Kollimators und der erste asphärische Spiegel (7) Teil eines achsentfernten Schmidt- oder Schmidt-Cassegrain-Objektivs sind.
  12. Spektrometer wenigstens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konvergierende, sphärische Spiegel (19) des fokussierenden Elementes und der zweite asphärische Spiegel (17) Teil eines achsentfernten Schmidt- oder Schmidt-Cassegrain-Objektivs sind.
  13. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste asphärische Spiegel (7) als eine reflektrierende Oberfläche des ersten dispergierenden Elementes (9) realisiert ist.
  14. Spektrometer wenigstens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite asphärische Spiegel (17) als eine reflektierende Oberfläche des zweiten dispergierenden Elementes (18) realisiert ist.
  15. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang dem ersten Strahlengang ein optisches Element (3) zur Korrektur der Feldkrümmung und der Krümmung des Spaltbildes angeordnet ist.
  16. Spektrometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element zur Korrektur der Feldkrümmung und der Krümmung des Spaltbildes einen divergierenden, sphärischen Spiegel (3) aufweist.
  17. Spektrometer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) zur Korrektur der Feldkrümmung und der Krümmung des Spaltbildes entlang dem ersten Strahlengang zwischen dem Eingangsspalt (1) und dem konvergierenden sphärischen Spiegel (5) des Kollimators angeordnet ist.
  18. Spektrometer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator und das fokussierende Element unterschiedliche Brennweiten haben.
DE60201596T 2002-07-31 2002-07-31 Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement Expired - Lifetime DE60201596T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02425496A EP1387154B1 (de) 2002-07-31 2002-07-31 Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60201596D1 DE60201596D1 (de) 2004-11-18
DE60201596T2 true DE60201596T2 (de) 2006-02-02

Family

ID=30011315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60201596T Expired - Lifetime DE60201596T2 (de) 2002-07-31 2002-07-31 Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1387154B1 (de)
AT (1) ATE279716T1 (de)
DE (1) DE60201596T2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007783A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Erwin Kayser-Threde Gmbh Abbildendes Spektrometer, insbesondere für die Fernerkundung

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE422236T1 (de) * 2005-06-21 2009-02-15 Galileo Avionica Spa Optoelektronisches gerät zur erzeugung mehrerer bilder in verschiedenen spektralbereichen auf einem gemeinsamen sensor
GB2427704A (en) * 2005-06-25 2007-01-03 Noel Stephens Prism spectrometer with reduced optical aberration
CN102967365B (zh) * 2012-10-08 2014-12-24 上海交通大学 扩展光谱仪光谱测量范围方法及***
CN103528971A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 长春长光思博光谱技术有限公司 光栅式近红外分析仪中的光路***
EP3401656A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-14 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Korrektur einer gekrümmten projektion eines spektrometereintrittsspalts
US11067441B2 (en) 2017-02-08 2021-07-20 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Correction of curved projection of a spectrometer slit line
CN110501074B (zh) * 2018-05-16 2023-05-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 高通量宽谱段高分辨率的相干色散光谱成像方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4497540A (en) * 1983-03-23 1985-02-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Optical system
WO1991005360A1 (en) * 1989-09-26 1991-04-18 The University Of Connecticut Video pixel spectrometer
US4984888A (en) * 1989-12-13 1991-01-15 Imo Industries, Inc. Two-dimensional spectrometer
DE4337660A1 (de) * 1993-11-04 1995-05-11 Deutsche Aerospace Prismenspektrometer
DE60021556T2 (de) * 2000-06-05 2006-05-24 Galileo Avionica- S.P.A., Campi Bisenzio Spektrometer mit doppeltem ausseraxialen Schmidt-Teleskop

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007783A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Erwin Kayser-Threde Gmbh Abbildendes Spektrometer, insbesondere für die Fernerkundung

Also Published As

Publication number Publication date
DE60201596D1 (de) 2004-11-18
EP1387154A1 (de) 2004-02-04
EP1387154B1 (de) 2004-10-13
ATE279716T1 (de) 2004-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69823808T2 (de) Abbildungs-spektrometer
DE602005000583T2 (de) Optische Abbildungsvorrichtung
DE19537949A1 (de) Spektralapparat zum konzentrischen Typ mit FEry-Prisma
DE19902625A1 (de) Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls
DE60201596T2 (de) Breitband-Spektrometer mit einem einen asphärischen Korrekturspiegel aufweisenden Objektiv und einem zweifach vom Einfallsstrahl durchquerten Dispersionselement
EP2088409B1 (de) Abbildendes Spektrometer, insbesondere für die Fernerkundung
DE102015218328B4 (de) Optisches System zur Feldabbildung und/oder Pupillenabbildung
DE4221067C2 (de) Optisches Abtastsystem
EP3011393B1 (de) Scaneinrichtung
EP0656531B1 (de) Prismenspektrometer
DE10011462C2 (de) Optisches Spektrometer mit Astigmatismuskompensation
DE10347862B4 (de) Hochauflösendes Spektrometer
EP1053454B1 (de) Optische anordnung zum spektralen auffächern eines lichtstrahls
DE10102033A1 (de) Vorrichtung und Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls
DE4109484C2 (de) Meßobjektiv
DE2461111A1 (de) Hochaufloesendes apochromat
DE102018124714B3 (de) Bandpassfilter für Licht mit variabler unterer und oberer Grenzwellenlänge
DE4107576C2 (de)
EP1206719A1 (de) Abbildungssystem
DE202020104658U1 (de) Infrarot-Spektrometer
DE19925931C2 (de) Multi-Schiefspiegler
DE4322536A1 (de) Aplanatisches und anastigmatisches Spiegelsystem mit ebenen Bildfeld
DE1547203A1 (de) Vorrichtung zur Spektrographie mindestens eines Teiles eines primaeren Strahlungsspektrums
DE102021211046A1 (de) Spektrometer, Abstandsmesssystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Spektrometers
EP0721601A1 (de) Scansystem

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition