DD251837B5 - Polychromator for CCD line mapping - Google Patents
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daß für den langen Spektralbereich der Polychromator folgende Parameter aufweist: Gitter 1that for the long spectral range the polychromator has the following parameters: grating 1
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung kann zur Erzeugung eines bestimmten Spektralbereiches zur Abbildung auf eine Empfängerzeile in der Emissions- und Absorptionsspektrometrie sowie in Verbindung mit anderen fotometrischen Mehrkanaldetektoren eingesetzt werden.The invention may be used to generate a particular spectral range for imaging on a receiver line in emission and absorption spectrometry as well as in conjunction with other photometric multichannel detectors.
Es ist bekannt, daß abbildende holografische Gitter für ein ebenes Spektrenfeld korrigiert werden können. In Journ. Opt. Soc. Am. 61 (1971) 1001 werden die Herstellungsbedingungen solcher Gitter beschrieben. Im Handbook of Diffraction Gratings Ruled & Holographic, 1973 werden korrigierte konkave Gitter für die Verwendung in Spektrographen und fürZeilen-, Matrix-und andere Mehrkanalempfänger eingesetzt.It is known that imaging holographic gratings can be corrected for a flat spectral field. In Journ. Opt. Soc. At the. 61 (1971) 1001, the production conditions of such gratings are described. The Handbook of Diffraction Grating's Ruled & Holographic, 1973 uses corrected concave gratings for use in spectrographs and for line, matrix, and other multichannel receivers.
In der DE-OS 1948961 werden für Spektrographen geeignete abbildende Gitter angegeben, wobei der Begriff Spektrograph nicht ein vollständig geebnetes Bildfeld einbezieht.In DE-OS 1948961 suitable for spectrograph imaging grids are given, wherein the term spectrograph does not include a completely flattened image field.
Die bisher beschriebenen Gitter sind den Besonderheiten von Zeilen nicht angepaßt, abgesehen vom quasi ebenen Bildfeld. In DE-PS 2656119 werden ein Korrektionsverfahren und die Herstellungsfiguration für bildfeldgeebnete abbildende Gitter beschrieben. Die Gitter weisen drei Wellenlängen mit verschwindender meridionaler Defokussierung innerhalb des spektralen Korrektionsbereiches auf, zwischen denen der Astigmatismus an einem weiteren Punkt verschwindet, Koma I ist lineare Funktion der Wellenlänge, und die Dispersion des Spektrums wird annähernd linearisiert. Korrektionsfreiheitsgrade sind insbesondere der Einfallswinkel, der Ablenkwinkel und der Neigungswinkel des Spektrums.The grids described so far are not adapted to the special features of lines, apart from the quasi-flat image field. In DE-PS 2656119 a Korrektionsverfahren and the production configuration for Bildfeldgeebnete imaging grids are described. The gratings have three wavelengths with vanishing meridional defocus within the spectral correction range, between which the astigmatism disappears at another point, coma I is a linear function of the wavelength, and the dispersion of the spectrum is approximately linearized. Correction degrees of freedom are in particular the angle of incidence, the deflection angle and the inclination angle of the spectrum.
In Optik 64 (1983) 185-189 wird ein Korrektionsverfahren für Dioden-Zeilen-Polychromatoren angegeben, das auf zwei stigmatischsn Punkten im Korrektionsbereich beruht und eine Minimierung von Koma I und Il durch Veränderung des Abbildungsmaßstabes anstrebt. Der Neigungswinkel ist ebenfalls Korrektionsfreiheitsgrad, doch wird entsprechend den Anv;=nclungs3rfordernissen auch der Neigungswinkel Null zugelassen.In Optik 64 (1983) 185-189 a correction method for diode line polychromators is given, which is based on two stigmatischsn points in the correction range and strives to minimize Koma I and Il by changing the magnification. The angle of inclination is also a degree of freedom of correction, but the angle of inclination zero is also permitted in accordance with the requirements.
Die besonderen Korrektionserfordernisse der abbildenden Gitter für Zeilenpolychromatoren beruhen auf der Geometrie der strahlungsempfindlichen Elemente bzw. der Gesamtfläche. Die Breite der Elemente ist typisch 0,013 bis 0,03 mm, die Höhe 0,3 bis 1 mm. Die Dimensionierung des Eintrittsspaltes wird unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes diesen Abmessungen angepaßt, wobei die Breite des Eintrittsspaltes auch mehrere Elementbreiten betragen kann. Aus den vergleichsweise geringen Eintrittsspaltflächen resultiert auch der bei hohem Öffnungsverhältnis des abbildenden Gitters prinzipiell geringe Lichtleitwert des Polychromaten.The particular correction requirements of the imaging grids for line polychromators are based on the geometry of the radiation-sensitive elements or the total area. The width of the elements is typically 0.013 to 0.03 mm, the height 0.3 to 1 mm. The dimensioning of the entrance slit is adjusted taking into account the reproduction scale of these dimensions, wherein the width of the entrance slit can also be several element widths. The relatively low entrance slit area also results in the low conductance of the polychromate, which is principally low for a high aperture ratio of the imaging grid.
Auf Grund der kleinen Elementhöhe führen die Abbildungsfehler in sagittaler Richtung, insbesondere der Astigmatismus, zu Strahlungsverlusten und Verminderung der fotometrischen Meßgenauigkeit, besonders dann, wenn die Strahlungsverluste in Abhängigkeit von der Wellenlänge oszillieren.Due to the small element height, the aberrations in the sagittal direction, in particular the astigmatism, lead to radiation losses and diminution of the photometric measurement accuracy, especially when the radiation losses oscillate as a function of the wavelength.
Abbildungsfehler in meridionaler Richtung vermindern in üblicher Weise die erreichbare spektrale Auflösung und bei zu engen Spaltbreiten und unsymmetrischen Korrektionsprofilen die fotometrische Richtigkeit. Ein besonderes Problem liegt bei der Absorptionsspektroskopie vor, wenn die Ausläufer des Korrektionsprofils die maximal meßbare Extinktion vermindern können.Image aberrations in the meridional direction reduce the achievable spectral resolution in the usual way and the photometric accuracy in the case of too narrow gap widths and asymmetrical correction profiles. A particular problem with absorption spectroscopy is when the extensions of the correction profile can reduce the maximum measurable absorbance.
Problematisch ist auch der Neigungswinkel der Spektrenebene gegenüber der mittleren optischen Achse im spektralen Anwendungsgebiet.Also problematic is the angle of inclination of the spectral plane with respect to the central optical axis in the spectral field of application.
Mit wachsendem Neigungswinkel steigen die Reflexionsverluste an der Zeilenoberfläche, die sich besonders im UV mit entsprechend verminderter Ausstrahlungsstärke auswirken. Dadurch entsteht u.U. mehr Falschlicht im Spektrometer, eine Verschlechterung des Signal/Rauschverhältnisses und in der Absorptionsspektrometrie schlechtere Grenzen für die maximale und minimale Extinktion. Ein großer Neigungswinkel bringt außerdem eine komplizierende Vergrößerung der linearen Dispersion auf der Zeile, wenn ein größerer Spektralbereich innerhalb der Zeilenlänge untergebracht werden soll.As the angle of inclination increases, the reflection losses on the line surface increase, which have a correspondingly reduced intensity of radiation, particularly in the UV. This creates u.U. more false light in the spectrometer, a deterioration of the signal-to-noise ratio and in absorption spectrometry worse limits for the maximum and minimum extinction. In addition, a large tilt angle brings about a complicated enlargement of the linear dispersion on the line if a larger spectral range is to be accommodated within the line length.
Die spektrale Empfindlichkeitscharakteristik der Zeile weist eine besonders geringe Empfindlichkeit im UV auf, die ca. 0,2 bis 0,1 gegenüber dem Maximum im langwelligen VIS beträgt. Daraus ergeben sich Meßprobleme. Der Effekt wird noch verstärkt durch Streulicht aus dem langwelligen VIS im kurzwelligen UV.The spectral sensitivity characteristic of the line has a particularly low sensitivity in the UV, which is about 0.2 to 0.1 compared to the maximum in the long-wave VIS. This results in measurement problems. The effect is further enhanced by scattered light from the long-wave VIS in the short-wave UV.
Die Blazecharakteristik ist geeignet, die Signalhöhe im kurzwelligen zu verbessern, kann aber diesen Empfindlichkeitsverlust nicht vollständig kompensieren.The blaze characteristic is suitable for improving the signal level in the short-wave, but can not fully compensate for this sensitivity loss.
Bei einem nichtlinearen Dispersionsverlauf wird außerdem der Auswerte-Rechenaufwand erhöht. Zu große Ablenkwinkel am Gitter bewirken ein ungünstiges Effektivitätsverhalten des Gitters, was zu einer Einschränkung des optimalen Effektivitätsbereiches sowie einer kleineren maximalen Effektivität mit erheblichen Polarisationsschwankungen führt.In the case of a non-linear dispersion course, the evaluation computation effort is also increased. Excessive deflection angles on the grating cause an unfavorable efficiency behavior of the grating, which leads to a limitation of the optimum effectiveness range and a smaller maximum effectiveness with considerable polarization fluctuations.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, ein bildfeldgeebnetes, abbildendes, holografisches Gitter zu entwickeln, das den Eigenschaften der Zeile angepaßt ist und die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist.The aim of the invention is to develop a Bildfeldgeebnetes, imaging, holographic grating, which is adapted to the properties of the line and no longer has the disadvantages of the prior art.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein holografisches Gitter anzugeben, das die durch die Zeilengeometrie geforderten Werte an Auflösung, Astigmatismus und Beugungseffektivität erfüllt, in Verbindung mit der Empfängerzeile verbesserte fotometrische Richtigkeit aufweist sowie in absorptionsspektrometrischen Anwendungen einen vergrößerten Extinktionsbereich zuläßt. Desweiteren soll das Gitter den Bedingungen der gleichzeitigen Messung von Spektralbereichen mit starker Empfindlichkeitsänderung angepaßt sein sowie das optische Signal-Untergrundverhältnis verbessert werden. Diese Aufgabe löst ein Polychromator für CCD-Zeilenabbildung erfindungsgemäß dadurch, daß im Falle des kurzen Spektralbereiches der Verlauf des Astigmatismus so korrigiert wird, daß er im Zusammenwirken mit der Beugungseffektivität des Gitters und der Empfindlichkeit der Empfängerzeile so verläuft, daß der Energieverlauf im Spektralbereich annähernd linear gestaltet wird, so daß der Astigmatismus im kurzwelligen UV ein Minimum hat und dann stetig zunimmt. Die korrektionsbedingte Halbwertsbreite für die Eintrittsspaltbreite gegen Null und Δλ gegen Null ist im wesentlichen gleich einer Elementbreite der Zeile und besitzt im kurzwelligen UV ihr Minimum.The invention has for its object to provide a holographic gratings, which satisfies the required by the line geometry values of resolution, astigmatism and diffraction efficiency, in conjunction with the receiver line improved photometric accuracy and in absorption spectrometric applications allows an increased extinction range. Furthermore, the grating should be adapted to the conditions of the simultaneous measurement of spectral regions with a high sensitivity change and the optical signal background ratio should be improved. This object is achieved by a polychromator for CCD line imaging according to the invention in that in the case of the short spectral range, the course of the astigmatism is corrected so that it runs in conjunction with the diffraction efficiency of the grating and the sensitivity of the receiver line so that the energy curve in the spectral range is approximately linear is designed so that the astigmatism in the short-wave UV has a minimum and then steadily increases. The correction-induced half-width for the entrance gap width to zero and Δλ to zero is substantially equal to one element width of the line and has its minimum in the short-wave UV.
Der Abstand zwischen Eintrittsspalt und Spektrum wird minimal gestaltet zwecks Koma- und Astigmatismussenkung und der Neigungswinkel der Empfängerzeile gleich oder nahe Null Grad eingestellt, falls der Beugungswinkel am Gitter für alle Wellenlängen ungleich Null Grad ist und ungleich Null Grad ist, falls der Beugungswinkel Null Grad im Spektrum auftritt mit dem Ziel, daß von der Empfängerzeile auf das Gitter reflektierte Strahlung weder als 0. noch als 1. Ordnung auf die lichtempfindlichen Teile der Elementzeile trifftThe gap between the entrance slit and the spectrum is minimized for coma and astigmatism reduction and the inclination angle of the receiver line is set equal to or near zero degrees if the diffraction angle at the grating is non-zero degrees for all wavelengths and is non-zero degrees if the diffraction angle is zero degrees in Spectrum occurs with the aim that reflected from the receiver line to the grid radiation hits neither the 0th nor 1st order on the photosensitive parts of the element line
Für den ersten Fall ist ein Gitter mit folgenden Parametern günstig: For the first case, a grid with the following parameters is favorable:
Für den Fall des langen Spektralbereiches, d. h. wenn die soeben beschriebene Lösung nicht mehr anwendbar ist, wird zur Lösung der Aufgabe ein Polychromator mit aberrationskorrigiertem, holografisch erzeugtem Konkavgitter verwendet, das aus einem Paar von Konkavgittern besteht, die untereinander austauschbar sind. Das für den UV-Bereich vorgesehene Gitter ist ein im Stehwellenverfahren hergestelltes, abbildendes Hologitter und das für den VIS-Bereich vorgesehene ein symmetrisch abbildendes Gitter. Damit wird eine optimale Anpassung der Beugungseffektivität an die Zeilenempfindlichkeit erreicht. Der Gittereinfallswinkel ist für beide Gitter so einzurichten, daß ein minimaler Ablenkwinkel bzw. Abstand zwischen Eintrittsspalt und Empfängerzeile entsteht. Durch diese Aufspaltung des Spektralbereiches und die gleichzeitige Minimierung des Gitterablenkwinkels läßt sich die Abbildung unter zusätzlicher geeigneter Optimierung der übrigen Gitterparameter.wie R, Lc, Lq, y, δ. La, Lb mit dem Ziel der Bildfeldebnung, Koma- und Astigmatismussenkung bezüglich der Zeilengeometrie und -empfindlichkeit günstig gestalten.In the case of the long spectral range, ie when the solution just described is no longer applicable, a polychromator with aberration-corrected, holographically generated concave grating is used to solve the problem, which consists of a pair of Konkavgittern which are interchangeable. The grid intended for the UV range is an imaging hologrite produced by the standing wave method and the symmetrical imaging grating provided for the VIS area. This achieves optimum adaptation of the diffraction efficiency to the line sensitivity. The grating angle for both grids should be set up so that a minimum deflection angle or distance between the entrance slit and the receiver line is created. As a result of this splitting of the spectral range and the simultaneous minimization of the grating deflection angle, the image can be subjected to additional suitable optimization of the remaining grating parameters, such as R, L c , L q, y, δ. La, L b with the aim of the field flattening, coma and astigmatism reduction in terms of line geometry and sensitivity make favorable.
Das zu verwendende UV-Gitter besitzt das Effektivitätsmaximum bei 220 nm und das Maximum der spektralen Auflösung sowie Minimum des Astigmatismus bei 190 nm.The UV grating to be used has the maximum efficiency at 220 nm and the maximum of the spectral resolution and minimum astigmatism at 190 nm.
Die Linearität der Dispersion wird auf Grund der kürzeren Teilspektrenlängen bei gleichzeitiger Wahl der beiden Gitterstrichzahlen im Verhältnis gi/g2 = 1,0025 verbessert.The linearity of the dispersion is improved due to the shorter partial spectral lengths with simultaneous selection of the two grating line numbers in the ratio gi / g 2 = 1.0025.
Um den Falschlichtanteil zu senken, ist die Empfängerzeile so auszurichten, daß auf das Gitter zurückreflektiertes Licht nicht über die 0. oder 1. Beugungsordnung auf die lichtempfindlichen Teile der Empfängerzeile zurückgelangen kann.In order to reduce the stray light portion, the receiver line is to be aligned so that light reflected back onto the grating can not get back to the photosensitive parts of the receiver line via the 0th or 1st diffraction order.
Dazu ist die Empfängerzeile im Winkel von annähernd Null Grad zum Hauptstrahl der mittleren gebeugten Wellenlänge zu stellen, falls der Beugungswinkel für alle Wellenlängen # Null Grad ist. Tritt der Beugungswinkel Null Grad im Spektrum auf, muß die Zeile so gekippt werden, daß vom Gitter zurückreflektiertes Falschlicht nicht die lichtempfindlichen Teile der Zeile trifft.For this purpose, if the diffraction angle for all wavelengths is # 0 degrees, the receiver line should be set at approximately zero degrees to the principal ray of the mean diffracted wavelength. If the diffraction angle is zero degrees in the spectrum, the line must be tilted so that the sidelight reflected back from the grating does not hit the photosensitive parts of the line.
Besonders günstig ist die erfindungsgemäße Lösung ausgestaltet, wenn die Gitter folgende Parameter aufweisenThe solution according to the invention is particularly favorable if the grids have the following parameters
Gitter 1 Gitter 2Grid 1 Grid 2
R = 180,635 mm R = 180,26 mmR = 180.635 mm R = 180.26 mm
Lc = 178,965 mm Lc = 177,624 mmL c = 178.965 mm L c = 177.624 mm
L0 = 180,027 mm L0 = 177,804 mmL 0 = 180.027 mm L 0 = 177.804 mm
у - 11,5grd у = 11,5grd у - 11,5grd у = 11,5grd
δ = -6,19grd δ =6,196grdδ = -6,19grd δ = 6,196grd
Linien = 200 L/mm Linien = 199,7 L/mmLines = 200 L / mm Lines = 199.7 L / mm
а - -5grd а = -3,95grd а - -5grd а = -3.95grd
LA = 180 mmL A = 180 mm
L8 = 180,147 mmL 8 = 180.147 mm
ε =0grd Wellenlängenbereich: Gitter 1 190... 370 mmε = 0grd wavelength range: grating 1 190 ... 370 mm
Gitter 2 370... 550 mm Gitterdurchmesser: 50 mmGrid 2 370 ... 550 mm Grid diameter: 50 mm
Die Auflösung mit dieser Konfiguration ist sO,2nm, im UV < 0,12 nm, während der Astigmatismus 2 0,1 mm, im UV < 0,05 mm, ist.The resolution with this configuration is sO, 2nm, in the UV <0.12 nm, while the astigmatism 2 is 0.1 mm, in the UV <0.05 mm.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Fig. 1: zeigt die Herstellungskonfiguration für die Gitter Fig.2: die Anwendungskonfiguration.Fig. 1: shows the manufacturing configuration for the grids Fig.2: the application configuration.
Von den beiden kohärenten Punktlichtquellen D; c, die sich im Abstand I0 bzw. lc von Scheitelpunkt des Gitterträgers 2 befinden, gehen kohärente Kugelwellen aus und fallen im Winkel γ bzw. δ zur Gitternormalen auf die mit fotoempfindlichem Material beschichtete (nicht dargestellt) Oberfläche des Gitterträgers 2, dessen konkave Fläche den Radius R hat. In Fig. 2 befindet sich der Eintrittsspalt 1 in Abstand IA vom Scheitelpunkt des Gitterträgers 2, durch den Licht unter dem Winkel α gegen die Flächennormale auf das Gitter trifft und nach Reflexion unter dem Winkel β auf die Empfängerzeile 3, die sich im Abstand Ib vom Scheitelpunkt befindet. Die Empfängerzeile 3 weicht um den Winkel ε vom rechten Winkel zur Einfallsrichtung ab. Eine mögliche Lösung unter Verwendung von austauschbaren Gittern weist folgende Parameter auf:Of the two coherent point light sources D; C, which are located at a distance I 0 or l c from the vertex of the lattice girder 2, emanating coherent spherical waves and fall at an angle γ or δ to the lattice normal to the photosensitive material coated (not shown) surface of the lattice girder 2, the concave Surface has the radius R. In Fig. 2 is the entrance slit 1 at a distance I A from the vertex of the lattice girder 2, through the light at the angle α meets the surface normal to the grid and after reflection at the angle β on the receiver line 3, which is located at a distance Ib from the vertex. The receiver line 3 deviates by the angle ε from the right angle to the direction of incidence. One possible solution using interchangeable grids has the following parameters:
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD29325386A DD251837A1 (en) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | POLYCHROMATOR FOR CCD LINE IMAGING |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DD251837B5 true DD251837B5 (en) | 1994-04-14 |
Family
ID=5581520
Family Applications (2)
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DD29325386D DD251837B5 (en) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | Polychromator for CCD line mapping |
DD29325386A DD251837A1 (en) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | POLYCHROMATOR FOR CCD LINE IMAGING |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD29325386A DD251837A1 (en) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | POLYCHROMATOR FOR CCD LINE IMAGING |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (2) | DD251837B5 (en) |
-
1986
- 1986-07-31 DD DD29325386D patent/DD251837B5/en not_active IP Right Cessation
- 1986-07-31 DD DD29325386A patent/DD251837A1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DD251837A1 (en) | 1987-11-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
B5 | Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act | ||
ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |