DE102008054733A1

DE102008054733A1 - Spektrometer mit mehreren Gittern

Info

Publication number: DE102008054733A1
Application number: DE102008054733A
Authority: DE
Inventors: Mikko Krapu
Original assignee: Oxford Instruments Analytical Oy
Current assignee: Hitachi High Tech Analytical Science Finland Oy
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: DE102008054733B4

Abstract

Ein spektroskopisches Messgerät umfasst einen Kollimator (401), ein erstes Beugungsgitter (403), ein zweites Beugungsgitter (404) und eine Detektoranordnung (407). Einfallende Strahlung (402) von dem Kollimator (401) wird zu der Detektoranordnung (407) entweder direkt oder durch Spiegel gebeugt, so dass das erste (403) und das zweite Beugungsgitter (404) verschiedene Wellenlängenbereiche beugen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein die Technologie von Spektrometern, die verwendet werden, die Intensitätsverteilung von Strahlung bei optischen Wellenlängen zu detektieren, speziell bei ultravioletten Wellenlängen. Genauer betrifft die Erfindung die Technologie des Aufbaus des Polychromators des Spektrometers, in dem ein Strahl einfallender Strahlung abhängig von der Wellenlänge räumlich gestreut wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optische Emissionsspektroskopie (bekannt als OES) ist ein Verfahren zum Analysieren der Materialzusammensetzung einer Probe. Einige Atome und/oder Moleküle des Probenmaterials werden mit einem stimulierenden Energiestoß angeregt, und optische Emissionen, die aus der spontanen Relaxation der angeregten Zustände resultieren, werden gesammelt und gemessen. Die Intensitätsverteilung der optischen Emissionen enthält wichtige Informationen über die Konzentration von verschiedenen Zusammensetzungsstoffe in der Probe. Eine weithin benutzte Anwendung von OES ist das Sortieren von Schrottmetall und anderen metallischen Teilen. Ein typischer Weg, für die notwendige Anregung zu sorgen, ist es, einen elektrischen Funken oder Bogen zwischen einer Elektrode und der Oberfläche der Probe brennen zu lassen, so dass sich Partikel von der Oberfläche lösen und den Plasmazustand einnehmen.
1 verdeutlicht schematisch eine OES-Handmesseinheit. Das vordere Ende eines ungefähr pistolenförmigen Körpers 101 umfasst eine Elektrode 102, die in der Betriebsposition einer Probe 103 nahe kommt. Ein elektrischer Funke oder Bogen zwischen der Elektrode 102 und der Probe 103 erzeugt optische Emissionen, von denen einige durch einen ersten Spiegel 104 zu einem Spiegel 105 hin reflektiert werden. Der schmale durch den Schlitz 105 kommende Strahl trifft auf ein Beugungsgitter 106, das den einfallenden Strahl streut, so dass Strahlung verschiedener Wellenlängen sich in unterschiedlichen Winkeln weiter ausbreitet. Weitere Spiegel, für die der zweite Spiegel 107 ein Beispiel ist, können verwendet werden, um die spektral gestreute Strahlung auf einen Detektor 108 zu richten, dessen Ortsauflösung genügt, um die Intensitätsverteilung der gemessenen Strahlung als Ergebnis auszugeben. Anstelle von, oder zusätzlich zu den Spiegeln kann die einfallende Strahlung durch andere optische Komponenten, wie etwa Linsen, optische Fasern und dergleichen zum Schlitz 105 gebracht werden.
Die 2 und 3 verdeutlichen den bekannten Unterschied zwischen der Verwendung eines herkömmlichen holografischen Gitters und Photomultiplierröhren (wie bei 2) und der Verwendung eines holografischen Flat-Field-Gitters und eines Photodiodenarrays (wie bei 3). Das herkömmliche holografische Gitter 201 aus 2 fokussiert eine Anzahl Spektrallinien auf bestimmte, am Rand des sogenannten Rowland-Kreises 202 liegende Punkte. Herkömmliche Spektrometer verwendeten eine Anzahl von Photomultiplierröhren, wie die als 203, 204, 205 und 206 gezeigten, als Detektoren, die an den Orten platziert wurden, an denen interessierende Spektrallinien erscheinen würden. Ein holografisches Flat-Field-Gitter 301 bewirkt, dass sich das fächerförmige gestreute Spektrum sich auf eine mehr oder weniger lineare Brennebene fokussiert, an der ein Array von aneinander angrenzenden Detektoren, wie das Photodiodenarray 302, platziert werden kann. Eine Druckschrift aus dem Stand der Technik, GB 2 212 909 A , verdeutlicht einige Messaufbauten, die ein holografisches Flat-Field-Gitter einsetzen.
Der offensichtliche Vorteil einer auf einem Flat-Field-Gitter basierenden Anordnung ist die Fähigkeit, ein im Wesentlichen kontinuierliches Spektrum zum messen, anstatt nur einige einzelnen Spektrallinien zu messen, wie bei der Anordnung von 2, wo die physischen Dimensionen der Photomultiplierröhren es unmöglich machen, sie sehr nahe aneinander zu platzieren. Die Eigenschaften der Flat-Field-basierten Anordnung erlauben es auch, sie kleiner zu machen als die herkömmlichen Anordnungen, was in Bezug auf die tragbaren Messgeräten innewohnenden räumlichen Beschränkungen wichtig ist. Die Messeinrichtung, die in 1 schematisch verdeutlicht wurde, setzt ein holografisches Flat-Field-Gitter ein. Man bemerke, dass der zweite Spiegel 107 nur zum Umlenken des Strahlengangs dient, so dass in einen kürzeren physischen Raum eingepasst werden kann. Ansonsten sind die Polychromatoranordnungen der 1 und 3 gleich.
Die Nachteile einer Anordnung, die auf einem holografischen Flat-Field-Gitter basieren, hängen üblicherweise mit Aberration zusammen. Es stellte sich als relativ schwierig heraus, die Anordnung so zu konstruieren, dass die Brennebene wirklich so flach wie ein normales Photodioden- oder CCD-(charge-coupled device)Array ist. Aberration bewirkt, das Spektrallinien am Detektor unscharf werden und einander überlappen. Überlappung ist besonders nachteilig, wenn man separat Spektrallinien messen möchte, die relativ nahe beieinander liegen, wie die Linie bei 174 nm von Stickstoff, die Linie bei 178 nm von Phosphor, und die Linie bei 180 nm von Schwefel (man beachte, dass diese Wellenlängenanzeige ungefähr sind).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Spektrometer, den Polychromator und Detektor bereitzustellen, von denen Teile eine bessere Schärfe und weniger Überlappung von Spektrallinien mit sich bringen, als in Anordnungen aus dem Stand der Technik. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Spektrometerlösung bereitzustellen, die trotz ihrer relativ geringen Größe genau und zuverlässig ist. Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, Mittel zum Detektieren eines relativ breiten Bereichs von Wellenlängen in einem Spektrometer von kleiner Größe anzubieten.
Die Aufgaben der Erfindung werden erreicht, indem mindestens zwei Beugungsgitter parallel verwendet werden, so dass ein Teil der ankommenden Strahlung auf ein erstes Gitter trifft, und ein zweiter Teil der ankommenden Strahlung ein zweites Gitter trifft.
Ein erfindungsgemäßes spektroskopisches Messgerät umfasst:

– einen Kollimator, der angepasst ist, einen Strahl einfallender Strahlung zu erzeugen,
– ein erstes Beugungsgitter an einem Ort, an dem das erste Beugungsgitter angepasst ist, einen ersten Teil der einfallenden Strahlung zum empfangen,
– ein zweites Beugungsgitter an einem Ort, an dem das zweite Beugungsgitter angepasst ist, einen zweiten Teil der einfallenden Strahlung zum empfangen, und
– eine Detektoranordnung an einem Ort, wo die Detektoranordnung angepasst ist, durch die ersten und zweiten Beugungsgitter gebeugte Strahlung zu empfangen;

Die ersten und zweiten Beugungsgitter sind am vorteilhaftesten holografische Flat-Field-Gitter. Sie haben einen oder mehr unterschiedlich ausgewählte Gitterparameter, was bedeutet, dass sie für leicht unterschiedliche Bereiche von Eingangswellenlängen optimiert sind. Mechanisch können die beiden Gitter zwei verschiedene Stücke sein, oder sie können verschiedene Teile desselben mechanischen Stückes sein.
Die durch das erste Gitter geschaffene gestreute Strahlung oder Spektrum wird auf einen ersten Detektor gerichtet, und das durch das zweite Gitter geschaffene Spektrum wird auf einen zweiten Detektor gerichtet. Diese können Teile eines einzigen physischen Detektors sein, so dass ein Teil davon durch die von dem ersten Gitter gestreute Strahlung angeleuchtet wird, und ein weiterer Teil durch die von dem zweiten Gitter gestreute Strahlung angeleuchtet wird. Eine weitere Alternative ist, dass die beiden Detektoren getrennte Gebilde sind, aber es wird auf jeden Fall als vorteilhaft angesehen, wenn sie sich ungefähr in der selben Brennebene befinden.
Spiegel und andere strahlungsrichtende Mittel können verwendet werden, um die gestreute Strahlung von den Gittern auf die jeweiligen Detektoren zu richten. Falls Spiegel verwendet werden, können sie physisch nur Teile eines und desselben Spiegels sein, oder sie können verschiedene Spiegel sein, die zum Beispiel in leicht unterschiedlichen Arten angeordnet sind.
Die Ausführungsbeispiele der in dieser Patentanmeldung präsentierten Erfindung sind nicht so zu interpretieren, dass sie der Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche Beschränkungen auferlegen. Das Verb ”umfassen” wird in dieser Patentanmeldung als eine offene Beschränkung verwendet, die nicht die Existenz auch nicht aufgeführter Merkmale ausschließt. Die in abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind untereinander frei kombinierbar, es sei denn, es ist anders vermerkt.
Die neuen Merkmale, die als für die Erfindung charakteristisch angesehen werden, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Jedoch wird man die Erfindung selbst, sowohl in Bezug auf ihre Konstruktion und ihr Betriebsverfahren, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen davon, am besten aus der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 verdeutlicht eine bekannte Handeinheit zur Durchführung von OES-Messungen,
2 verdeutlicht das Prinzip der Verwendung eines herkömmlichen Gitters und einzelner Detektoren,
3 verdeutlicht das Prinzip der Verwendung eines holografischen Flat-Field-Gitters und eines kontinuierlichen Detektors,
4 verdeutlicht die Verwendung zweier Gitter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
5 verdeutlicht die Verwendung zweier Gitter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
6 verdeutlicht eine alternative Art, zwei Gitter zu platzieren,
7 verdeutlicht die Verwendung mehrerer Gitter, und
8 verdeutlicht ein spektroskopisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
4 ist eine schematische Darstellung eines spektroskopischen Messgerätes zum Messen von Intensitätsverteilungen optischer Strahlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Typische, mit einem Gerät der in der 4 illustrierten Art zu messende Wellenlängen liegen im Bereich von ultraviolettem und/oder sichtbarem Licht. Ein Strahl einfallender Strahlung kommt durch eine Art Kollimator, der hier der Eingangsschlitz 401 ist. Der Strahl einfallender Strahlung ist nicht so eng kollimiert wie ein Laser, aber verbreitet sich in einem kontinuierlichen engen Bereich von Winkeln und stellt somit einen engen Fächer einfallender Strahlung 402 dar.
Ein erstes Beugungsgitter 403 und ein zweites Beugungsgitter 404 sind an Orten platziert, an denen das erste Beugungsgitter 403 einen ersten Teil der einfallenden Strahlung empfängt, und das zweite Beugungsgitter 404 einen zweiten Teil der einfallenden Strahlung empfängt. Beugung tritt an beiden Gittern aus, was in gebeugter Strahlung resultiert. Wir nehmen an, dass eine Beugung erster Ordnung von dem ersten Gitter ein erster spektral gestreuter Strahl 405 ist, und entsprechend ist eine Beugung erster Ordnung von dem zweiten Gitter ein zweiter spektral gestreuter Strahl 406. Eine Detektoranordnung 407 wird so platziert, dass sie die ersten und zweiten spektral gestreuten Strahlen empfängt. Die Entfernung zwischen den Gittern und der Detektoranordnung 407 ist im Wesentlichen gleich der Brennweite der Gitter, so dass die Spektrallinien an der Detektoranordnung 407 scharf sind. Eine optionale Trennwand 408 kann benutzt werden, um diffuse Strahlung davon abzuhalten, sich vom ersten Gitter zu dem Teil der Detektoranordnung auszubreiten, der nur durch gebeugte Strahlung erster Ordnung vom zweiten Gitter angeleuchtet werden sollte, und umgekehrt.
Die Verwendung eines holografischen Flat-Field-Gitter und eines linearen kontinuierlichen Detektors stellt immer einen gewissen Kompromiss dar. Die Brennweite des Gitters ist nicht exakt konstant für den gesamten Bereich einfallender Strahlung, sondern variiert als Funktion der Wellenlänge. Im Ergebnis ist die mathematisch optimale Form des Detektors typischerweise nicht eine gerade Linie, sondern zum Beispiel eine Art sanft gewellte, leicht S-förmige Kurve. In der Praxis verwendet man einen linearen (oder planaren) Detektor und versucht, den bestmöglichen Ort zu finden, an dem der Mittel- oder Medianwert der Aberration am Geringsten ist. Je breiter der abzudeckende Wellenlängenbereich ist, desto größer ist wahrscheinlich der Mittelwert der Aberration. Ein intuitives Maß der Aberration ist das Ausmaß, in dem Spektrallinien von ihrer optimalen, mathematisch scharfen Form verbreitert sind.
In der Anordnung der 4 muss jedes einzelne Gitter nur einen relativ engen Bereich an Wellenlängen abdecken. Als Ergebnis ist der Mittelwert der Aberration, der entlang der durch die Detektoranordnung 407 bestimmten Linie beobachtet wird, viel kleiner, als würde man versuchen, Beugungen erster Ordnung desselben Gesamtbereichs einfallender Wellenlängen auf einen linearen Detektor mit nur einem Gitter zu richten. Konzeptionell kann man sagen, dass jede Teillänge des linearen Detektors einzeln für eine bessere Approximation der gekrümmten optimalen Form der Brennebene zu Verfügung steht, als die gesamte Länge des linearen Detektors, den man in Lösungen aus dem Stand der Technik verwenden musste. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es mit zwei verschieden optimierten Beugungsgittern möglich ist, Spektrallinienverbreiterung bis auf weniger die Hälfte dessen zu reduzieren, was unausweichlich mit nur einem einzigen Gitter auftreten würde.
Die in 4 gegebene grafische Illustration, in der jedes Beugungsgitter ungefähr eine Hälfte der Detektoranordnung beleuchtet, sollte nicht als beschränkend interpretiert werden. Typischerweise gibt es irgendeinen besonderen Eingangswellenlängenbereich, der der wichtigste ist, und der daher am Meisten von einem spezifisch optimierten Beugungsgitter profitiert.
Als Beispiel kann man die Aufgabe betrachten, die 174-nm-Linie von Stickstoff, die 178-nm-Linie von Phosphor und die ungefähr bei 180 nm liegende Linie von Schwefel zu messen. Der gesamte abzudeckende Wellenlängenbereich in der Messung könnte von 170 nm bis 400 nm liegen. Der Hälfte-Hälfte-Ansatz aus 4 könnte die Verwendung des ersten Beugungsgitters für den Bereich von 170 bis 280 nm und des zweiten Beugungsgitters für den Bereich von 280 bis 400 nm anregen, aber um dem unteren Ende mehr Gewicht zu verleihen, könnte man ebenso das erste Beugungsgitter auf einen viel schmaleren Wellenlängenbereich, wie etwa 170 bis 210 nm optimieren, und das zweite Beugungsgitter verwenden, um den Rest des Eingangswellenlängenbereichs abzudecken.
Die Detektoranordnung aus 4 umfasst ein einzelnes lineares (oder planares) Array von Detektorelementen, die typischerweise Photodioden oder die Pixel eines CCD-Arrays sind, das auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt wurde. Einzelne Detektorelemente sind in der Zeichnung nicht separat gezeigt. Die leicht unterschiedlichen Fokussiereigenschaften der beiden Beugungsgitter wurde berücksichtigt, indem man jedes Gitter ein separates mechanisches Gebilde darstellen lässt, so dass der Ort und die Richtung jedes Gitters separat ausgewählt werden kann. Es wäre möglich, die Gitter auf exakt dieselbe Linie zu stellen und zwei leicht unterschiedlich platzierte lineare Detektorelemente in der Detektoranordnung zu verwenden, oder sowohl die beiden Gitter wie auch die beiden leicht unterschiedlich platzierten linearen Detektorelemente alle einzeln zu platzieren.
5 ist eine schematische Darstellung eines spektroskopischen Messgerätes zum Messen von Intensitätsverteilungen optischer Strahlung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der deutlichste Unterschied zum oben dargelegten Aufbau der Elemente ist die Verwendung von Spiegel zum Umlenken der Strahlengänge gebeugter Strahlung. Ein erster Spiegel 511 reflektiert die gebeugte Strahlung von dem ersten Beugungsgitter 503 in Richtung auf einen ersten Teil der Detektoranordnung 507, und ein zweiter Spiegel 512 reflektiert die gebeugte Strahlung von dem zweiten Beugungsgitter 504 in Richtung auf einen zweiten Teil der Detektoranordnung 507. Die Trennwände 508 und 509 sind optional; sie können helfen, unerwünschte diffuse Strahlung davon abzuhalten, Störungen zu verursachen.
Bei der Ausführungsform aus 5 bedeutet die Verwendung zweier separater Spiegel, dass man den optimalen Ort für beide separat finden kann. Dies kann es wiederum ermöglichen, beide Gitter 503 und 504 in einer geraden Linie direkt nebeneinander zu platzieren, oder sogar, die Gitter auf der Oberfläche eines gemeinsamen planaren Substrats 510 herzustellen. Somit kann die Gitteranordnung ein einheitliches mechanisches Gebilde sein, und auch die Detektoranordnung kann ein einheitliches mechanisches Gebilde sein. Es ist nicht unmöglich, dass in einem solchen Fall sogar eine Spiegelanordnung, die in 5 als aus zwei Spiegeln bestehend gezeigt ist, aus nur einem Spiegel besteht. Da zwei separate Strahlen betrachtet werden, ist es jedoch typischerweise beim Finden der optimalen Gestaltung hilfreich, wenn zumindest einige der optischen Elemente (Gitter, Spiegel, Detektoren) einzeln für jeden gebeugten Strahl platziert werden können.
Theoretisch könnte man eine Kombinationsausführungsform aus den 4 und 5 herstellen, in der einer der gebeugten Strahlen direkt von einem Gitter zu einem jeweiligen Detektor laufen würde, während der andere gebeugte Strahl durch einen Spiegel zu einem anderen, an einem anderen Ort befindlichen Detektor laufen würde. Jedoch würde eine solche Anordnung notwendigerweise bedeuten, dass zwei verschiedene Detektoren verwendet würden, und auch, dass mehr Platz freigehalten werden müsste, so dass es schwierig ist, zu erkennen, welchen besonderen Vorteil dies mit sich brächte.
Bekannte holografische Flat-Field-Gitter bestehen oft aus Arrays von parallelen Furchen auf einem Polymersubstrat. Auf Silizium oder anderen nichtpolymeren Oberflächen geätzte Gitter sind ebenfalls bekannt. Gitterparameter, die zur Optimierung eines Gitters für einen gewünschten Wellenlängenbereich ausgewählt werden können, umfassen Furchenabstand, Furchentiefe, Furchenbreite, Furchenprofil und die Richtungswinkel des Gitters, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Technologie des Optimierens des Ortes und der Verwendung eines gegebenen Paares aus einem Gitter und einem Detektor für einen gegebenen Wellenlängenbereich ist an sich aus Spektrometern des Standes der Technik bekannt, die nur ein einzelnes Gitter aufwiesen.
Oben nahmen wir an, dass das erste und das zweite Gitter sich zueinander nebeneinander in der optischen Ebene befinden, d. h., so, dass die Verschiebung zwischen den Gittern in der Ebene liegt, die durch die Mittellinien der Strahlungsstrahlen bestimmt werden, die sich zwischen dem Eintrittsschlitz, den Gittern, den Spiegeln und den Detektoren ausbreiten. Dies ist nicht einzig mögliche Aufbau. 6 zeigt eine alternative Lösung, bei der die beiden Gitter 603 und 604 nebeneinander sind, aber zueinander in einer Richtung, die in einem rechten Winkel gegen die ”optische Ebene” liegt, verschoben sind, obwohl in diesem Fall dieses Konzept schon ein wenig verwaschen wird, da die Ausbreitung der Strahlung in drei Dimensionen betrachtet werden muss. Auch sind die Spiegel 611 und 612 zueinander zumindest in derselben Richtung verschoben, wie die Verschiebung der Gitter zueinander, und als eine Detektoranordnung 607 gibt es ein zweidimensionales CCD-Array.
Die Anzahl einzelner Gitter kann größer als zwei sein. 7 zeigt schematisch eine Gitteranordnung, bei der ein erstes Gitter 701, ein zweites Gitter 702 und ein drittes Gitter 703 auf die Oberfläche eines gemeinsamen Substrates hergestellt wurden. In manchen Fällen könnte eine verflochtene Anordnung zweier Gitter betrachtet werden, zum Beispiel so, dass in dem integrierten Mehrfachgitter aus 7 die Gitter 701 und 703 Teile desselben Gitters sein könnten (d. h. ähnlich ausgewählte Gitterparameter aufweisen), und das zwischen ihnen liegende Gitter 702 wäre ein deutlich anderes Gitter mit anders ausgewählten Parametern.
8 zeigt schematisch die Anwendung der Erfindung in einem spektroskopischen Messgerät, das äußerlich einem aus dem Stand der Technik bekannten ähnelt. Der in der Hand gehaltene oder tragbare Körper 101, die Elektrode 102, das Vorderende der Vorrichtung, das neben eine Probe 103 kommt, die Ausrichtungs- und Fokussieroptiken (hier durch den ersten Spiegel 104 dargestellt) und der Kollimator (Schlitz 105) können sogar exakt dieselben sein, wie in einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik, wie einer, die kommerziell unter der eingetragenen Marke ARC-MET von Oxford Instruments Analytical Oy, Finnland, erhältlich ist. In diesem beispielhaften Gerät ähnelt die Polychromatoranordnung derjenigen, die oben in der 5 gezeigt ist, mit den beiden Gittern 503 und 504 auf dem gemeinsamen Substrat 510; den Trennwänden 508 und 509; den beiden Spiegeln 511 und 512; und der Detektoranordnung 507.
Ein programmierbares Elektronikteil 801 der Vorrichtung umfasst einen Prozessor 802, der angepasst ist, computerlesbare, in einem Programmspeicher 803 gespeicherte Befehle auszuführen und erfasste Messdaten in einem Datenspeicher 804 zu speichern. Eine Nutzerschnittstelle, eine Datenschnittstelle und eine Komponentenschnittstelle zum Prozessor 802 ermöglichen die Implementierung von Wechselwirkungen mit einem menschlichen Nutzer, den Austausch von digitaler Information mit anderen Geräten, und das Anordnen der Verbindungen zwischen dem programmierbaren Elektronikteil und den anderen Teilen des Messgeräts, in einer aus entsprechenden Geräten aus dem Stand der Technik bekannten Weise.
Um die verbesserte Messfähigkeit aufgrund des Doppelgitter-Ansatzes zu berücksichtigen, müssen das Steuerprogramm oder die in dem Programmspeicher 803 gespeicherten computerlesbaren Befehle so ausgelegt sein, dass sie es ermöglichen, Anzeigewerte von der Detektoranordnung 507 korrekt in Intensitätsinformation als eine Funktion der Wellenlänge zu konvertieren. Berechnungen, Experimente und Kalibrierung werden zeigen, welche Wellenlängen gebeugter Strahlung auf welche Detektorelemente der Detektoranordnung 507 fallen werden. Falls eine Trennwand oder irgendein anderes Strukturmerkmal bewirkt, dass an irgendeinem Teil eines kontinuierlichen Detektor-Arrays ein toter Winkel erzeugt wird, kann man diesen in der Software kompensieren, indem man das Gerät so programmiert, dass es den toten Winkel ignoriert. Temperaturänderungen werden entsprechende Änderungen bei den physischen Dimensionen des Gerätes bewirken. Diese können ebenfalls in der Software kompensiert werden, so dass entweder der Prozessor 802 Temperaturablesungen von einem Temperatursensor 805 erhält und entsprechende Vorgabekorrekturen an allen erhaltenen Anzeigewerten vornimmt, oder der Prozessor 802 erkennt einige leicht zu detektierende charakteristische Merkmale eines gemessenen Spektrums, vergleicht deren detektierte Orte im Array der Detektorelemente mit erwarteten Orten, die auf Kalibrierung basierten, und schließt darauf, wie viel Kriechen aufgrund der Temperatur und anderer Faktoren aufgetreten ist, und führt die entsprechenden Korrekturen aus.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sollten nicht dahingehend interpretiert werden, dass sie der allgemeineren Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche Beschränkungen auferlegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 2212909 A [0004]

Claims

Spektroskopisches Messgerät zum Messen von Intensitätsverteilungen optischer Strahlung, wobei das Messgerät umfasst: – einen in der Hand gehaltenen oder tragbaren Körper, – innerhalb des Körpers, einen Kollimator, der angepasst ist, einen Strahl einfallender Strahlung zu erzeugen, und ein erstes Beugungsgitter an einem Ort, an dem das erste Beugungsgitter angepasst ist, einen ersten Teil der einfallenden Strahlung zu empfangen; dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät innerhalb des Körpers umfasst: – ein zweites Beugungsgitter an einem Ort, an dem das zweite Beugungsgitter angepasst ist, einen zweiten Teil der einfallenden Strahlung zu empfangen, zur gleichen Zeit, zu der das erste Beugungsgitter den ersten Teil der einfallenden Strahlung empfängt, und – eine Detektoranordnung an einem Ort, an dem die Detektoranordnung angepasst ist, durch die ersten und zweiten Beugungsgitter gebeugte Strahlung zu empfangen; wobei mindestens ein Gitterparameter des ersten Beugungsgitters sich von einem entsprechenden Gitterparameter des zweiten Beugungsgitters unterscheidet.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter mechanisch separate Stücke sind, deren Ort und Richtung einzeln eingestellt werden.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter Teile eines einzigen mechanischen Stückes sind.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter zwei benachbarte unterschiedlich gemusterte Bereiche auf einer Oberfläche eines gemeinsamen Substrats sind.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter holografische Flat-Field-Gitter sind.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Detektoranordnung ein kontinuierliches und lineares Array von benachbarten Detektorelementen umfasst,
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 6, wobei das Array von benachbarten Detektorelementen ein Photodiodenarray ist.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 6, wobei das Array von benachbarten Detektorelementen ein CCD-Detektor ist.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, umfassend: – einen ersten Spiegel an einem Ort, an dem der erste Spiegel angepasst ist, von dem ersten Beugungsgitter kommende gebeugte Strahlung zu der Detektoranordnung zu reflektieren, und – einen zweiten Spiegel an einem Ort, an dem der zweite Spiegel angepasst ist, von dem zweiten Beugungsgitter kommende gebeugte Strahlung zu der Detektoranordnung zu reflektieren.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Spiegel mechanisch separate Stücke sind, deren Ort und Richtung einzeln eingestellt werden.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei: – das erste Beugungsgitter angepasst ist, Teile der einfallenden Strahlung, die zumindest Wellenlängen von 174 nm, 178 nm und 180 nm aufweisen, zu der Detektoranordnung entweder direkt oder durch einen Spiegel reflektiert zu beugen, und – das zweite Beugungsgitter angepasst ist, Teile der einfallenden Strahlung, die Wellenlängen aufweisen, welche länger sind als die durch das erste Beugungsgitter gebeugten, zu der Detektoranordnung entweder direkt oder durch einen Spiegel reflektiert zu beugen.
Spektroskopisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei das spektroskopische Messgerät in einer in der Hand gehaltenen Messeinheit enthalten ist, die angepasst ist, elektrische Entladungen an einer Oberfläche einer Probe zu erzeugen, so das optische Strahlung von einer erzeugten Entladung angepasst ist, zu dem Kollimator hin gerichtet zu werden, um den Strahl der einfallenden Strahlung zu erzeugen.