DE102013112376B4

DE102013112376B4 - spectrometer system

Info

Publication number: DE102013112376B4
Application number: DE102013112376.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Georg Zuber
Original assignee: GIGAHERTZ-OPTIK GmbH
Current assignee: GIGAHERTZ-OPTIK GmbH
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: DE102013112376A1

Abstract

Spektrometersystem (204), das dazu ausgebildet ist, ein zweidimensionales Messfeld (100), das Bildpunkte in einer ersten Richtung und Bildpunkte in einer zweiten Richtung aufweist, spektral aufzulösen, wobei sich die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung befindet, umfassend: – eine Abbildungsvorrichtung (200); und – ein Spektrometer (250); – wobei die Abbildungsvorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, das zweidimensionale Messfeld (100) in eine Mehrzahl Teilbereiche (101, 102, 103, 104, 105) aufzuteilen, wobei jeder Teilbereich (101, 102, 103, 104, 105) Bildpunkte in der ersten Richtung aufweist und die Teilbereiche (101, 102, 103, 104, 105) entlang der zweiten Richtung angeordnet sind, und die Abbildungsvorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, die Teilbereiche (101, 102, 103, 104, 105) in einer Ebene hintereinander abzubilden; – wobei das Spektrometer (250) ein Eingangsfenster (220) aufweist und das Spektrometer (250) dazu ausgebildet ist, das Spektrum einer Mehrzahl von in einer Ebene hintereinander abgebildeten Bildpunkten auszuwerten; wobei die Abbildungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Teilbereiche (101, 102, 103, 104, 105) auf das Eingangsfenster des Spektrometers abzubilden; und – die Abbildungsvorrichtung (200) eine Bildwiederholeinrichtung (202) aufweist, die das zweidimensionale Messfeld (100) als eine Mehrzahl von Wiederholbildern (111, 112, 113, 114, 115) nebeneinander abbildet.A spectrometer system (204) adapted to spectrally resolve a two-dimensional array (100) having pixels in a first direction and pixels in a second direction, the first direction being perpendicular to the second direction, comprising: - an imaging device (200); and - a spectrometer (250); - wherein the imaging device (200) is adapted to divide the two-dimensional measuring field (100) into a plurality of subareas (101, 102, 103, 104, 105), each subarea (101, 102, 103, 104, 105) comprising pixels in the first direction and the partial areas (101, 102, 103, 104, 105) are arranged along the second direction, and the imaging device (200) is adapted to the partial areas (101, 102, 103, 104, 105) in one To image the plane in succession; - wherein the spectrometer (250) has an input window (220) and the spectrometer (250) is adapted to evaluate the spectrum of a plurality of pixels imaged in succession in a plane; wherein the imaging device is adapted to image the subregions (101, 102, 103, 104, 105) onto the input window of the spectrometer; and - the imaging device (200) comprises a frame repeater (202) which images the two-dimensional measurement field (100) side by side as a plurality of repeat images (111, 112, 113, 114, 115).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometersystem, das eine spektrale Analyse eines zweidimensionalen Messfeldes ohne bewegte Teile erzeugen kann. Insbesondere kann die spektrale Analyse mehr oder weniger in Echtzeit durchgeführt werden.The present invention relates to a spectrometer system which can produce a spectral analysis of a two-dimensional measuring field without moving parts. In particular, the spectral analysis can be performed more or less in real time.

Es ist bekannt, Spektrometer mithilfe eines scannenden Systems, d.h. mittels bewegter diffraktiver Elemente, beispielsweise Gitter oder Prismen, aufzubauen. Derartige Spektrometer werden auch als Monochromatoren bezeichnet. Zur Aufnahme der Messdaten werden Fotodioden verwendet, die, falls erforderlich, mit einem Fotomultiplikator gekoppelt sind, um eine bessere Empfindlichkeit zu erreichen. Derartige Systeme sind jedoch bei vielen Anwendungen zu langsam, da der zu vermessende zweidimensionale Bereich abgescannt werden muss. Ein derartiges System ermöglicht eine eindimensionale Messung, d.h., ein Messpunkt wird spektral zerlegt, aber nicht zeitlich aufgelöst.It is known to use spectrometers with the aid of a scanning system, i. by means of moving diffractive elements, such as grids or prisms to build. Such spectrometers are also referred to as monochromators. Photodiodes are used to acquire the measurement data, coupled with a photomultiplier if required to achieve better sensitivity. However, such systems are too slow in many applications because the two-dimensional area to be measured must be scanned. Such a system allows a one-dimensional measurement, that is, a measurement point is spectrally decomposed, but not time resolved.

Bei einem beispielhaften derartigen Spektrometer tritt Licht durch einen Eingangsspalt in das Spektrometer ein und wird von einem ersten Spiegel kollimiert. Daraufhin wird die optische Strahlung von einem optischen Gitter spektral zerlegt, d.h. jede Wellenlänge wird mit einem bestimmten Winkel abgelenkt. Ein zweiter Spiegel fokussiert die nun unterschiedlich abgelenkte Strahlung auf einen vorbestimmten Ort. Je nach eingestelltem Gitterwinkel tritt eine vorbestimmte Wellenlänge durch einen Ausgangspalt zu der Fotodiode.In an exemplary such spectrometer, light enters the spectrometer through an entrance slit and is collimated by a first mirror. Thereafter, the optical radiation is spectrally decomposed by an optical grating, i. each wavelength is deflected at a certain angle. A second mirror focuses the now differently deflected radiation to a predetermined location. Depending on the grid angle set, a predetermined wavelength passes through an output gap to the photodiode.

Eine Weiterentwicklung derartige Messanordnungen sind Spektrometer, die CCD-Zeilen (CCD: Charge Coupled Device; Ladungsgekoppelte Einrichtung) aufweisen. Bei diesen Messanordnungen wird anstatt einer einfachen Fotodiode eine Fotodioden-Zeile verwendet, die beispielsweise durch eine CCD-Einrichtung oder einen CMOS-Chip implementiert werden. Ein Zeilensensor ist ein Sensor, bei dem eine Mehrzahl Fotodioden an einer Zeile aneinandergereiht ist. Durch die mit der CCD-Zeile gewonnene zweite Dimension wird die scannende Bewegung des optischen Gitters hinfällig. Derartige Systeme erlauben zweidimensionale Messungen, d.h. ein Messpunkt wird spektral analysiert (erste Dimension) und zeitlich aufgelöst (zweite Dimension).A further development of such measuring arrangements are spectrometers which have CCD (Charge Coupled Device) cells. In these measuring arrangements, instead of a simple photodiode, a photodiode line is used, which is implemented for example by a CCD device or a CMOS chip. A line sensor is a sensor in which a plurality of photodiodes are strung together on one line. Due to the second dimension obtained with the CCD line, the scanning movement of the optical grating becomes obsolete. Such systems allow two-dimensional measurements, i. a measuring point is spectrally analyzed (first dimension) and time resolved (second dimension).

Zum Implementieren eines derartigen Spektrometers wird anstelle des zuvor beschriebenen Ausgangspaltes mit der nachfolgenden Fotodiode eine CCD-Zeile vorgesehen. Da durch die CCD-Zeile mehrere Pixel zur Detektion vorhanden sind, kann die Drehbewegung des optischen Gitters entfallen.To implement such a spectrometer, a CCD line is provided instead of the previously described output gap with the subsequent photodiode. Since several pixels are present for detection by the CCD line, the rotational movement of the optical grating can be omitted.

Neuere Spektrometer erlauben, CCD-Anordnungen einzusetzen, d.h. es wird nicht eine CCD-Zeile sondern ein zweidimensionales CCD-Feld verwendet. Hierbei kann das Messfeld um eine weitere Dimension erweitert werden. Es ergibt sich nun anstelle eines Messpunktes eine Messlinie, welche durch einen Eingangsspalt des Spektrometers beobachtet wird, wohingegen bei den zuvor beschriebenen Spektrometern lediglich ein Eingangsloch verwendet wird. Newer spectrometers allow to use CCD arrays, i. not a CCD line but a two-dimensional CCD array is used. Here, the measuring field can be extended by a further dimension. Instead of a measuring point, a measuring line now results, which is observed through an input gap of the spectrometer, whereas in the previously described spectrometers only one input hole is used.

Mit einem derartigen Linienspektrometer können dreidimensionale Messungen durchgeführt werden, d.h., eine Messzeile wird spektral zerlegt und zeitlich aufgelöst, wobei die Messzeile die erste Dimension bildet, die spektrale Zerlegung die zweite Dimension bildet und die zeitliche Auflösung die dritte Dimension bildet. Derartige Linienspektrometer können durch eine räumlich scannende Bewegung Messfelder vermessen, wobei das Gesamtmessergebnis dennoch lediglich dreidimensional bleibt. Durch das Scannen wird eine weitere Dimension im Raum gewonnen, d.h. die Messlinie wird zum Messfeld, aber die Dimension der zeitlichen Auflösung geht durch das Scannen verloren. Ein zweidimensionales Messfeld wird mittels Scannen spektral analysiert, kann aber nicht zeitlich aufgelöst werden. Ein System, das eine räumliche Anordnung scannt, wird vom Fachmann als hyperspektrales System bezeichnet.With such a line spectrometer, three-dimensional measurements can be made, that is, a measurement line is spectrally decomposed and time resolved, with the measurement line forming the first dimension, the spectral decomposition forming the second dimension, and the temporal resolution forming the third dimension. Such line spectrometers can measure measuring fields by means of a spatially scanning movement, but the overall measurement result still remains only three-dimensional. Scanning gives another dimension in space, i. the measurement line becomes the measurement field, but the temporal resolution dimension is lost through scanning. A two-dimensional measurement field is spectrally analyzed by scanning, but can not be resolved in time. A system that scans a spatial arrangement is referred to by those skilled in the art as a hyperspectral system.

Es sind weitere Messanordnungen bekannt, die nicht das Messfeld räumlich scannen, sondern die scannende Bewegung zum Erfassen des Spektrums verwenden. Derartige Messanordnungen verwenden durchstimmbare optische Filter oder Interferometer, beispielsweise ein Fabry-Perot Etalon. Derartige Messanordnungen können das CCD-Feld für die Abbildung eines zweidimensionalen Bildes verwenden. Mittels eines Scans wird dann das Spektrum aufgenommen. Eine derartige Messung ist aber auch eine dreidimensionale Messung, d.h. ein zweidimensionales Messbild wird spektral analysiert, wobei die spektrale Analyse die dritte Dimension bildet. Eine derartige spektrale Analyse ist jedoch nicht zeitlich aufgelöst.Other measuring arrangements are known which do not spatially scan the measuring field but use the scanning movement to detect the spectrum. Such measuring arrangements use tunable optical filters or interferometers, for example a Fabry-Perot etalon. Such measurement arrangements may use the CCD array for imaging a two-dimensional image. The spectrum is then recorded by means of a scan. However, such a measurement is also a three-dimensional measurement, i. a two-dimensional measurement image is spectrally analyzed, with the spectral analysis forming the third dimension. However, such a spectral analysis is not resolved in time.

Mit dieser Art Spektrometer kann lediglich eine Linie eines zweidimensionalen Messfeldes ausgewertet werden. Die physikalische Ursache ist, dass eine Achse des CCD-Chips für die spektrale Auflösung und eine Achse für die räumliche Auflösung der Linie benötigt wird. Somit ist der CCD-Chip vollkommen ausgenutzt und eine andere räumliche Achse des Messfeldes kann nicht aufgelöst werden. Folglich kann mit einer solchen Messanordnung ein zweidimensionales Bild nicht gleichzeitig spektral und zeitlich aufgelöst werden.With this type of spectrometer, only one line of a two-dimensional measuring field can be evaluated. The physical cause is that one axis of the CCD chip is needed for the spectral resolution and one axis for the spatial resolution of the line. Thus, the CCD chip is fully utilized and another spatial axis of the measurement field can not be resolved. Consequently, with such a measuring arrangement, a two-dimensional image can not be simultaneously resolved spectrally and temporally.

Es wurde vorgeschlagen, zweidimensionale diffraktive optische Gitter hierfür zu verwenden. Dadurch wird das zweidimensionale Messfeld spektral in zwei Achsen zerlegt. In der 0-ten Ordnung wird das Bild abgebildet, in der ersten, zweiten etc. Ordnung befindet sich das Bild sowie die spektrale Information. Mithilfe von mathematischen Algorithmen ist es nun möglich, hieraus ein Spektrum zu berechnen. Bei einem derartigen Verfahren sind die Pixelauflösung und die spektrale Auflösung eingeschränkt. Die Information kann auch zweideutig sein, da das Spektrum rekonstruiert wird und mathematisch nicht eindeutig sein kann. Dies trifft vor allem zu, wenn sehr große spektrale Bereiche untersucht werden sollen. It has been proposed to use two-dimensional diffractive optical gratings for this purpose. As a result, the two-dimensional measuring field is spectrally split into two axes. In the 0th order the image is displayed, in the first, second, etc. order the image as well as the spectral information are located. Using mathematical algorithms, it is now possible to calculate a spectrum from this. In such a method, the pixel resolution and the spectral resolution are limited. The information can also be ambiguous, since the spectrum is reconstructed and mathematically can not be unique. This is especially true when very large spectral ranges are to be investigated.

DE 10 2006 057 309 A1 betrifft ein Spektrometersystem, wobei eine Aufnahmevorrichtung ein Modul aufweist, das dazu ausgestaltet ist, ein aufzunehmendes Objekt auf eine Bildebene abzubilden und mittels eines dispersiven Moduls das Licht der Bildebene in eine zweidimensionale Matrix von Bildelementen aufzuteilen. Das Licht der Bildsegmente kann dabei separat gesammelt, dispersiv gebeugt und räumlich voneinander getrennt ortsaufgelöst auf einen Photodetektor geworfen werden, wo die Intensitätsverteilung aller Bildsegemente ausgewertet wird. DE 10 2006 057 309 A1 relates to a spectrometer system, wherein a recording device has a module which is adapted to image an object to be recorded on an image plane and to divide the light of the image plane into a two-dimensional matrix of picture elements by means of a dispersive module. The light of the image segments can be collected separately, dispersively diffracted and spatially separated from each other spatially resolved thrown onto a photodetector, where the intensity distribution of all Bildsegemente is evaluated.

DE 10 2011 083 726 A1 betrifft ein konfokales Spektrometer zur Bildgebung und ein entsprechendes Verfahren, wobei Teilbereiche eines spektral zu analysierenden Objekts von einer Lichtquelle beleuchtet werden und ein Abbild des so strukturiert von dem Objekt reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse spektral dispergiert wird. Das so dispergierte Licht wird in einer Detektoreinheit erfasst und ein spektral aufgelöstes Bild des Objekts wird erzeugt. DE 10 2011 083 726 A1 relates to a confocal spectrometer for imaging and a corresponding method, wherein partial regions of a spectrally-to-be-analyzed object are illuminated by a light source and an image of the light thus structured by the object reflected light along a dispersion axis perpendicular to the optical axis is spectrally dispersed. The light thus dispersed is detected in a detector unit and a spectrally resolved image of the object is generated.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein zweidimensionales Messfeld spektral und zeitlich aufgelöst zu analysieren.The invention has as its object to analyze a two-dimensional measuring field spectrally and temporally resolved.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Spektrometersystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum spektralen Auswerten eines zweidimensionalen Messfeldes nach Anspruch 7 gelöst. Die Unteransprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.The object of the invention is achieved by a spectrometer system according to claim 1 and a method for the spectral evaluation of a two-dimensional measuring field according to claim 7. The subclaims claim preferred embodiments.

Die Erfindung schafft ein Spektrometersystem, das dazu ausgebildet ist, ein zweidimensionales Messfeld, das Bildpunkte in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung aufweist, spektral aufzulösen, wobei sich die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung befindet. Das Spektrometersystem umfasst eine Abbildungsvorrichtung und ein Spektrometer. Das Spektrometer ist vorzugsweise ein Spektrometer, das eine Linie als Messfeld aufweist. Die Abbildungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, das zweidimensionale Messfeld in eine Mehrzahl Teilbereiche aufzuteilen, wobei jeder Teilbereich Bildpunkte in der ersten Richtung aufweist und die Teilbereiche entlang der zweiten Richtung angeordnet sind. Die Abbildungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Teilbereiche in einer Ebene hintereinander abzubilden. Die Teilbereiche werden vorzugsweise in deren Längsrichtung hintereinander abgebildet. Ein Teilbereich kann eine Zeile oder eine Spalte aufweisen. Die Länge eines Teilbereiches kann etwa der Länge einer Zeile oder einer Spalte entsprechen. Die Breite eines Teilbereichs kann einen oder mehrere Bildpunkte umfassen, ein Teilbereich kann also auch Bildpunkte in der zweiten Richtung aufweisen.The invention provides a spectrometer system, which is designed to spectrally resolve a two-dimensional measuring field, which has pixels in a first direction and a second direction, wherein the first direction is perpendicular to the second direction. The spectrometer system includes an imaging device and a spectrometer. The spectrometer is preferably a spectrometer which has a line as a measuring field. The imaging device is designed to divide the two-dimensional measuring field into a plurality of partial regions, each partial region having pixels in the first direction and the partial regions being arranged along the second direction. The imaging device is designed to image the subregions in a plane one behind the other. The subregions are preferably imaged in the longitudinal direction one behind the other. A subarea can have a row or a column. The length of a subarea can be about the length of a row or a column. The width of a subarea may include one or more pixels, so a subarea may also have pixels in the second direction.

Das Spektrometer weist ein Eingangsfenster auf und ist dazu ausgebildet, das Spektrum einer Mehrzahl entlang einer Linie auf dem Eingangsfenster abgebildeten Bildpunkten auszuwerten. Das Eingangsfenster kann einen oder mehrere Eingangsspalte aufweisen. Die Abbildungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Teilbereiche auf das Eingangsfenster des Spektrometers abzubilden. Das Spektrometer kann das Spektrum der Mehrzahl von entlang einer Linie auf dem Eingangsfenster abgebildeten Bildpunkten im Wesentlichen gleichzeitig auswerten.The spectrometer has an input window and is configured to evaluate the spectrum of a plurality of pixels imaged along a line on the input window. The input window may have one or more input columns. The imaging device is designed to image the subregions onto the input window of the spectrometer. The spectrometer may evaluate the spectrum of the plurality of pixels imaged along a line on the input window substantially simultaneously.

Die Teilbereiche müssen nicht notwendigerweise in einer Linie nacheinander auf dem Eingangsfenster des Spektrometers abgebildet sein. Die Teilbereiche können in einer Ebene hintereinander aber seitlich zueinander versetzt auf dem Eingangsfenster des Spektrometers abgebildet sein.The subregions do not necessarily have to be mapped in succession on the input window of the spectrometer. The subregions can be imaged in a plane one behind the other but laterally offset from one another on the input window of the spectrometer.

Die Teilbereiche können in deren Längsrichtung hintereinander abgebildet sein, wobei die Teilbereiche in deren Querrichtung versetzt abgebildet werden.The subregions can be shown one behind the other in their longitudinal direction, wherein the subregions are imaged offset in their transverse direction.

Die Abbildungsvorrichtung weist eine Bildwiederholeinrichtung auf, die das zweidimensionale Messfeld als eine Mehrzahl von Wiederholbildern in einer Ebene hintereinander entlang einer Linie abbildet. Die Bildwiederholeinrichtung kann einen Facetten-Spiegel, eine Mikrospiegelanordnung, eine Linsenanordnung mit einer Mehrzahl Linsen und/oder eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl Spiegel aufweisen. Die Abbildungsvorrichtung kann eine Mehrzahl Blendenöffnungen aufweisen, wobei die erste Blendenöffnung so angeordnet ist, dass der erste Teilbereich des ersten Wiederholbildes die erste Blendenöffnung passiert, die zweite Blendenöffnung so angeordnet ist, dass der zweite Teilbereich des zweiten Wiederholbildes die zweite Blendenöffnung passiert, und die n-te Blendenöffnung so angeordnet ist, dass der n-te Teilbereich des n-ten Wiederholbildes die n-te Blendenöffnung passiert. Die Mehrzahl Blendenöffnungen können integral durch ein Bauteil, d.h. einstückig, ausgebildet sein. Der erste und der zweite Teilbereich müssen nicht notwendigerweise nebeneinander liegen. Die Nummerierung der Teilbereiche kann auf eine beliebige Weise erfolgen. Durch die Blendenöffnungen werden aus den Wiederholbildern jeweils ein Teilbereich (ROI – Region of Interest; relevanter Bereich) an einen Sensor des Spektrometers weitergeleitet.The imaging device has a picture repeat device which images the two-dimensional measuring field as a plurality of repeat images in a plane one behind the other along a line. The image repeating device may comprise a facet mirror, a micromirror arrangement, a lens arrangement with a plurality of lenses and / or a mirror arrangement with a plurality of mirrors. The imaging device may have a plurality of apertures, wherein the first aperture is arranged so that the first portion of the first repeat image passes through the first aperture, the second aperture is arranged so that the second portion of the second repeat image passes through the second aperture, and the n -th aperture is arranged so that the n-th portion of the n-th repeat image passes through the n-th aperture. The plurality of apertures may be integrally formed by a component, ie in one piece. The first and second subareas do not necessarily have to lie next to each other. The numbering of the sections can be done in any way. Through the apertures, a partial area (ROI - region of interest, relevant area) is forwarded from the repeat images to a sensor of the spectrometer.

Die Abbildungsvorrichtung kann eine Messfeldabbildungsvorrichtung aufweisen, die alle Teilbereiche in ihrer ursprünglichen Anordnung, vorzugsweise das gesamte Messfeld, auf einer Detektionseinrichtungen abbildet. Die Messfeldabbildungseinrichtung erzeugt eine zweidimensionale Abbildung des Messfeldes mit einer sehr hohen Ortsauflösung.The imaging device may comprise a measuring field imaging device which images all partial regions in their original arrangement, preferably the entire measuring field, on a detection device. The measuring field imaging device generates a two-dimensional image of the measuring field with a very high spatial resolution.

Die Messfeldabbildungsvorrichtung kann durch eine Facette des Facettenspiegels, einen Mikrospiegel der Mikrospiegelanordnung, eine Linse der Linsenanordnung und/oder einen Spiegel der Mehrzahl von Spiegel erzeugt werden.The measuring field imaging device can be produced by a facet of the facet mirror, a micromirror of the micromirror arrangement, a lens of the lens arrangement and / or a mirror of the plurality of mirrors.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum spektralen Auswerten eines zweidimensionalen Messfeldes. Das Verfahren umfasst den Schritt des Aufteilens des Messfeldes in Teilbereiche, wobei jeder Teilbereich Bildpunkte in der ersten Richtung aufweist, wobei die Teilbereiche entlang der zweiten Richtung angeordnet sind und wobei die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung ist. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Abbildens der Teilbereiche vorzugsweise in deren Längsrichtung nacheinander und den Schritt des spektralen Auswertens der Teilbereiche. Der Schritt des Aufteilens des Messfeldes in Teilbereiche umfasst den Schritt des wiederholten Abbildens des Messfeldes in einer Mehrzahl von Wiederholbildern in einer Ebene hintereinander, vorzugsweise entlang einer Linie, und den Schritt des Weiterleitens eines Teilbereichs in jedem Wiederholbild zum spektralen Auswerten.The invention also relates to a method for the spectral evaluation of a two-dimensional measuring field. The method comprises the step of dividing the measuring field into partial regions, wherein each partial region has pixels in the first direction, wherein the partial regions are arranged along the second direction and wherein the second direction is perpendicular to the first direction. The method further comprises the step of imaging the partial regions, preferably in their longitudinal direction one after the other, and the step of spectral evaluation of the partial regions. The step of dividing the measurement field into subregions comprises the step of repeating the measurement field in a plurality of repeating images in a plane one behind the other, preferably along a line, and the step of forwarding a subregion in each repeating image for spectral evaluation.

Das Verfahren kann so weitergebildet sein, wie zuvor hinsichtlich des Spektrometersystems beschrieben wurde.The method can be developed as described above with respect to the spectrometer system.

Ein Gedanke der Erfindung ist, das zweidimensionale Messfeld mithilfe einer optischen Abbildungsvorrichtung vor dem Spektrometer in Teilausschnitte aufzuteilen und umzusortieren. Diese Abbildung kann dann in ein Eingangsfenster des Spektrometers eingekoppelt und spektral analysiert werden. Die Anzahl der Messpunkte der zweidimensionalen Messung des Messfeldes ist identisch mit der Anzahl der Messpunkte des Spektrometers. Im Messfeld sind die Messpunkte jedoch nicht auf einer Linie verteilt, sondern über das gesamte zweidimensionale Messfeld.One idea of the invention is to divide the partial two-dimensional measuring field into partial sections and to sort them by means of an optical imaging device in front of the spectrometer. This image can then be coupled into an input window of the spectrometer and analyzed spectrally. The number of measuring points of the two-dimensional measurement of the measuring field is identical to the number of measuring points of the spectrometer. In the measuring field, however, the measuring points are not distributed along a line but over the entire two-dimensional measuring field.

Durch die gleichzeitige Aufnahme spektraler Daten eines zweidimensionalen Messfeldes entfällt eine scannende Bewegung in der spektralen und/oder räumlichen Dimension. Es ist also möglich, zeitlich aufgelöste vierdimensionale Messungen durchzuführen, wobei die ersten beiden Dimensionen durch die Aufnahme des zweidimensionalen Messfeldes, eine Dimension durch die spektrale Auflösung und eine Dimension durch die zeitliche Auflösung gebildet werden. Da das Spektrometersystem keine beweglichen Teile, beispielsweise scannende Teile, aufweist, ist die Stabilität, die Lebensdauer und die Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Spektrometersystems besser als bei scannenden Systemen. Da das Spektrometersystem lediglich optische Abbildungen verwendet und etablierte Spektrometer-Technologien verwendet, kann der gesamte spektrale Bereich beispielsweise von DUV (Deep Ultra Violett) bis Infrarot ausgewertet werden.The simultaneous recording of spectral data of a two-dimensional measuring field eliminates a scanning movement in the spectral and / or spatial dimensions. It is thus possible to perform temporally resolved four-dimensional measurements, wherein the first two dimensions are formed by the acquisition of the two-dimensional measuring field, one dimension by the spectral resolution and one dimension by the temporal resolution. Since the spectrometer system has no moving parts, for example scanning parts, the stability, the lifetime and the measuring accuracy of the spectrometer system according to the invention are better than with scanning systems. Since the spectrometer system uses only optical images and uses established spectrometer technologies, the entire spectral range can be evaluated, for example, from DUV (Deep Ultra Violet) to infrared.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung dienen und nicht einschränkend aufzufassen ist.The invention will now be described by way of non-limitative embodiments of the invention with reference to the figures, which are given an understanding of the invention and are not intended to be limiting.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung, die die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Spektrometersystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; 1 a schematic representation showing the operation of a spectrometer system according to the invention and the method according to the invention;

2 exemplarisch einen Facetten-Spiegel; 2 exemplarily a faceted mirror;

3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Spektrometersystem; 3 a schematic representation of the spectrometer system according to the invention;

4a schematisch die Auflösung bei der spektralen Analyse eines zweidimensionaler Messfeldes; und 4a schematically the resolution in the spectral analysis of a two-dimensional measuring field; and

4b die Abbildung des zweidimensionalen Messfeldes mit hoher Auflösung. 4b the image of the two-dimensional high-resolution measuring field.

1 zeigt schematisch die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Spektrometersystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein zweidimensionales Messfeld umfasst exemplarisch fünf Teilbereiche 101, 102, 103, 104 und 105. Die Teilbereiche sind in der Darstellung in 1 in Spaltenrichtung angeordnet. Es versteht sich, dass die Teilbereiche auch in Zeilenrichtung angeordnet sein können. 1 shows schematically the operation of the spectrometer system according to the invention and of the method according to the invention. A two-dimensional measuring field encompasses, by way of example, five subregions 101 . 102 . 103 . 104 and 105 , The subareas are in the illustration in 1 arranged in the column direction. It is understood that the subregions can also be arranged in the row direction.

Mittels einer Bildwiederholeinrichtung (in 1 nicht gezeigt) werden eine Mehrzahl Wiederholbilder 110 erzeugt, die nacheinander bzw. nebeneinander angeordnet sind. Die Wiederholbilder 111, 112, 113, 114 und 115 sind in 1 derart dargestellt, dass sie voneinander beabstandet sind. Es versteht sich, dass sich die Wiederholbilder auch berühren können. Jedes Wiederholbild 111, 112, 113, 114 und 115 umfasst die Teilbereiche 101, 102, 103, 104 und 105. Die Wiederholbilder 111, 112, 113, 114 und 115 sind identisch.By means of a picture repeat device (in 1 not shown) become a plurality of repeat images 110 generated, which are arranged one after the other or next to each other. The repeating pictures 111 . 112 . 113 . 114 and 115 are in 1 shown as being spaced apart from each other. It is understood that the repeat images can also touch. Every repeat picture 111 . 112 . 113 . 114 and 115 includes the subareas 101 . 102 . 103 . 104 and 105 , The repeating pictures 111 . 112 . 113 . 114 and 115 are identical.

Im nächsten Schritt wird in jedem Mehrfachbild 111, 112, 113, 114 und 115 jeweils nur ein Teilbereich weitergeleitet, bzw. transmittiert. Eine Blendenanordnung 210 umfasst eine erste Blendenöffnung 211, eine zweite Blendenöffnung 212, eine dritte Blendenöffnung 213, eine vierte Blendenöffnung 214 und eine fünfte Blendenöffnung 215. Durch die erste Blendenöffnung 211 kann der erste Teilbereich 101 des ersten Wiederholbildes 211, durch die zweite Blendenöffnung 212 kann der zweite Teilbereich 102 des zweiten Wiederholbildes 112, durch die dritte Blendenöffnung 213 kann der dritte Teilbereich 103 des dritten Wiederholbildes 113, durch die vierte Blendenöffnung 214 kann der vierte Teilbereich 104 des vierten Wiederholbildes 114 und durch die fünfte Blendenöffnung 215 kann der fünfte Teilbereich 105 des fünften Wiederholbildes 115 passieren. Die Blendenöffnungen 211–215 sind in Längsrichtung der Blendenanordnung 210 hintereinander angeordnet und in deren Querrichtung versetzt angeordnet.The next step will be in each multiple image 111 . 112 . 113 . 114 and 115 in each case only a subarea forwarded or transmitted. An aperture arrangement 210 includes a first aperture 211 , a second aperture 212 , a third aperture 213 , a fourth aperture 214 and a fifth aperture 215 , Through the first aperture 211 may be the first subarea 101 of the first repeat image 211 through the second aperture 212 may be the second subarea 102 of the second repeat image 112 , through the third aperture 213 may be the third subarea 103 of the third repeat image 113 , through the fourth aperture 214 can be the fourth subsection 104 of the fourth repeat image 114 and through the fifth aperture 215 may be the fifth subarea 105 of the fifth repeat image 115 happen. The apertures 211 - 215 are in the longitudinal direction of the diaphragm assembly 210 arranged one behind the other and arranged offset in the transverse direction.

Nachdem die Teilbereiche 101, 102, 103, 104 und 105 die Blendenanordnung 210 mit den Blendenöffnungen 211, 212, 213, 214 und 215 passiert haben, werden die Teilbereiche 101, 102, 103, 104 und 105 auf einem Eingangsfenster 220 eines Spektrometers abgebildet. Die Teilbereiche sind in ihrer Längsrichtung und/oder der Längsrichtung des Eingangsfensters 220 des Spektrometers in einer Ebene hintereinander und in der Querrichtung der Teilbereiche bzw. in der Querrichtung des Eingangsfensters 220 des Spektrometers zueinander versetzt angeordnet. Der Versatz in Querrichtung muss aber nicht notwendigerweise vorhanden sein.After the sections 101 . 102 . 103 . 104 and 105 the aperture arrangement 210 with the apertures 211 . 212 . 213 . 214 and 215 have happened, the subareas 101 . 102 . 103 . 104 and 105 on an entrance window 220 of a spectrometer. The partial areas are in their longitudinal direction and / or the longitudinal direction of the entrance window 220 of the spectrometer in a plane behind one another and in the transverse direction of the partial regions or in the transverse direction of the input window 220 of the spectrometer offset from one another. The offset in the transverse direction does not necessarily have to be present.

Die Erfindung wird nun anhand von 2 und 3 detaillierter beschrieben. Wird in den Strahlengang ein fokussierendes Element, beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse, eingeführt, um die in unterschiedlichen Winkeln abgelenkten Strahlen zu fokussieren, entstehen Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115, die an unterschiedlichen Stellungen relativ zu optischen Achse abgebildet werden, beispielsweise in einer Ebene hintereinander, wie in 1 dargestellt ist. Der Facettenpiegel 202 wirkt als Strahlumlenkung, wobei es aus Sicht der Abbildung erscheint, als ob die einzelnen Bilder aus unterschiedlichen Richtungen und damit unterschiedlichen Stellungen relativ zur optischen Achse kommen. Daher werden sie an unterschiedlichen Stellen abgebildet. Die Facetten-Oberflächen 202a–202n des Facettenspiegels könnten alle die gleiche Neigung haben.The invention will now be described with reference to 2 and 3 described in more detail. If a focusing element, for example a mirror or a lens, is introduced into the beam path in order to focus the beams deflected at different angles, the result is a repetition image 111 . 112 . 113 . 114 . 115 , which are imaged at different positions relative to the optical axis, for example, in a plane one behind the other, as in 1 is shown. The faceted mirror 202 acts as a beam deflection, where it appears from the point of view of the image, as if the individual images come from different directions and thus different positions relative to the optical axis. Therefore, they are displayed in different places. The faceted surfaces 202a - 202n of the facet mirror could all have the same tilt.

Wie in 1 dargestellt ist, werden die Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115 in einer Ebene hintereinander in einer Linie abgebildet. Das ermöglicht, die Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115 auf das Eingangsfenster 220 eines Spektrometers 250 (siehe 3), abzubilden.As in 1 is shown, the repeat images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 imaged in a line one behind the other in a line. This allows the repeat images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 on the entrance window 220 a spectrometer 250 (please refer 3 ).

Vorteilhafterweise werden die Mehrfachbilder 111, 112, 113, 114, 115 im Wesentlichen entlang einer Linie 110 in einer Ebene hintereinander abgebildet. Dadurch können die Teilbereiche 101, 102, 103, 104, 105 mittels eines Linienspektrometers 250 abgebildet werden.Advantageously, the multiple images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 essentially along a line 110 imaged in a plane one behind the other. This allows the subregions 101 . 102 . 103 . 104 . 105 by means of a line spectrometer 250 be imaged.

Die Größe eines Wiederholbildes hängt von der Brennweite f und der Abbildungsgeometrie ab: B / G = f / g – f wobei B die Bildgröße des Wiederholbildes, und G die Gegenstandsgröße, d.h. die Größe des zweidimensionalen Messfeldes, sowie g der Abstand des Mehrfachbildes zum abbildenden Element, beispielsweise Linse, Spiegel, ist.The size of a repeating image depends on the focal length f and the imaging geometry: B / G = f / g - f where B is the image size of the repeating image, and G is the object size, ie, the size of the two-dimensional measuring field, and g is the distance of the multiple image to the imaging element, such as lens, mirror.

Aus dem Neigungswinkel β des jeweiligen Planspiegels des Facettenspiegels ergibt sich ein Reflexionswinkel α von: α = 2 × β; The angle of inclination β of the respective plane mirror of the facet mirror results in a reflection angle α of: α = 2 × β;

Der Reflexionswinkel α bewirkt, wie zuvor erwähnt wurde, eine Winkeländerung, wodurch die Strahlen des Teilbildes mit einem Winkel auf das abbildende Element treffen und dadurch in einer anderen Stellung bzw. Höhe abgebildet werden. Für den Mittelpunkt des entstehenden Mehrfachbildes ergibt sich annähernd die Abbildungshöhe y: y = tan(α) × b; wobei b Bildweite ist. Der Abstand vom abbildenden Element zum Ort des Bildes ergibt sich wie folgt: 1 / f = 1 / b + 1 / g The reflection angle α causes, as mentioned above, an angle change, whereby the rays of the partial image meet at an angle to the imaging element and thereby imaged in a different position or height. For the center of the resulting multiple image is approximately the image height y: y = tan (α) × b; where b is image width. The distance from the imaging element to the location of the image is as follows: 1 / f = 1 / b + 1 / g

Mittels des erfindungsgemäßen Spektrometersystems kann eine Mehrzahl von Wiederholbildern 111, 112, 113, 114, 115 des gleichen zweidimensionalen Messfeldes 100 in unterschiedlichen Stellungen am gleichen Fokus erzeugt werden. Die Größe B der Mehrfachbilder 111, 112, 113, 114, 115 sowie deren Abstand zueinander bestimmen, wie groß das Eingangsfenster 220 ausgelegt sein muss. Das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250 muss eine derartige Größe aufweisen, dass alle Teilbereiche 101, 102, 103, 104, 105 der Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115 auf dem Eingangsfenster 220 abgebildet werden können, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde.By means of the spectrometer system according to the invention, a plurality of repetitive images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 of the same two-dimensional measuring field 100 be generated in different positions at the same focus. The size B of the multiple images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 as well as their distance to each other determine how big the entrance window 220 must be designed. The entrance window 220 of the spectrometer 250 must be of such a size that all subregions 101 . 102 . 103 . 104 . 105 the repeating pictures 111 . 112 . 113 . 114 . 115 on the entrance window 220 can be imaged as previously with reference to 1 has been described.

Eine Blende 206 kann den objektseitigen Strahlengang 205 und somit das abbildbare zweidimensionale Messfeld einschränken. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich die Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115, nicht überlappen.A panel 206 can the object-side beam path 205 and thus the imageable restrict two-dimensional measuring field. This can ensure that the repeats 111 . 112 . 113 . 114 . 115 , do not overlap.

Die Intensität der Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115 relativ zur Intensität des ursprünglichen Bildes hängt von der Größe der Planspiegel 202a, 202b, 202c, 202n und den eingesetzten Blenden bzw. Blendenöffnungen 206, 211, 212, 213, 214, 215 ab. Da die Facetten bzw. Planspiegel 202a, 202b, 202c, 202n nicht am gleichen Ort angeordnet sein können, haben sie einen Versatz in einer räumlichen Achse. Dies hat einen Einfluss auf das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250. Hierbei müssen auch Abbildungsfehler berücksichtigt werden.The intensity of the repeat images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 relative to the intensity of the original image depends on the size of the plane mirror 202a . 202b . 202c . 202n and the apertures or apertures used 206 . 211 . 212 . 213 . 214 . 215 from. Because the facets or plane mirrors 202a . 202b . 202c . 202n can not be located in the same place, they have an offset in a spatial axis. This has an influence on the input window 220 of the spectrometer 250 , Here also aberrations must be considered.

Durch die verwendete Blendenöffnung wird definiert, wie viel Signal in das System eintritt. Die Spiegelgröße definiert, wie viel Signal dann weiter aufgenommen wird und so weiter. Es versteht sich, dass eine große Blendenöffnung in Kombination von großen Spiegeln sehr viel lichtstärker als eine schmale Blendenöffnung mit kleinen Spiegeln ist. Der Versatz der einzelnen Planspiegel hat zur Folge, dass die Bilder auch einen anderen Einfallswinkel in der anderen Achse haben, demnach werden sie auch in dieser Achse in einer etwas anderen Höhe abgebildet. In der einen Achse ergibt sich die Höhe durch den Neigungswinkel, in der anderen Achse durch den Versatz in der räumlichen Achse, auch hier entsteht ein Winkelunterschied, welcher abgebildet wird. Abbildungsfehler können entstehen, da die einzelnen Bilder auf verschiedene Teile des abbildenden Spiegels treffen. Demnach kann sphärische Abberation, Koma, Astigmatismus, etc. eine größere Rolle spielen. The aperture used defines how much signal enters the system. The mirror size defines how much signal is then picked up and so on. It is understood that a large aperture in combination of large mirrors is much brighter than a narrow aperture with small mirrors. As a result of the offset of the individual plane mirrors, the images also have a different angle of incidence in the other axis, so they are also imaged in this axis at a slightly different height. In the one axis, the height results from the inclination angle, in the other axis by the offset in the spatial axis, also here creates an angle difference, which is imaged. Image errors can occur because the individual images strike different parts of the imaging mirror. Thus, spherical aberration, coma, astigmatism, etc. may play a greater role.

Nachdem das zweidimensionale Messfeld 100 die Blende 206 und den Facettenspiegel 202 passiert hat, laufen die Abbildungsstrahlen 203a des ersten Mehrfachbildes 111, die Abbildungsstrahlen 203b des zweite Mehrfachbildes 112 und die Abbildungsstrahlen 203c des dritten Mehrfachbildes etc. durch die Blendenanordnung 210, in der nicht relevante Teilbereiche der Mehrfachbilder 111 ausgeblendet werden. Die Blendenanordnung 210 können lediglich relevante Teilbereiche passieren, d.h. der erste Teilbereich 101 des ersten Wiederholbildes 111, der zweite Teilbereich 102 des zweiten Wiederholbildes 112, der dritte Teilbereich 103 des dritten Wiederholbildes 113, der vierte Teilbereich 104 des vierten Wiederholbildes 114 und der fünfte Teilbereich 105 des fünften Wiederholbildes 115.After the two-dimensional measuring field 100 the aperture 206 and the facet mirror 202 has passed, the picture rays run 203a of the first multiple image 111 , the picture rays 203b of the second multiple image 112 and the picture rays 203c of the third multiple image etc. through the diaphragm assembly 210 , in the non-relevant parts of the multiple images 111 be hidden. The aperture arrangement 210 Only relevant subareas can pass, ie the first subarea 101 of the first repeat image 111 , the second subarea 102 of the second repeat image 112 , the third section 103 of the third repeat image 113 , the fourth subarea 104 of the fourth repeat image 114 and the fifth section 105 of the fifth repeat image 115 ,

Somit werden vor dem Einkoppeln der Wiederholbilder 111, 112, 113, 114, 115 in das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250 von jedem Wiederholbild die Teilbereiche ausgeblendet, die nicht genutzt werden. Pro Wiederholbild wird genau ein Teilbereich des zweidimensionalen Messfeldes auf das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250 abgebildet. Somit kann das zweidimensionale Messfeld 100 aus unterschiedlichen Teilbereichen, beispielsweise Zeilen oder Spalten, zusammengesetzt werden. Thus, before coupling the repeat images 111 . 112 . 113 . 114 . 115 in the entrance window 220 of the spectrometer 250 of each repeating screen hides the sections that are not used. For each repeat image, exactly one subarea of the two-dimensional measuring field is applied to the input window 220 of the spectrometer 250 displayed. Thus, the two-dimensional measuring field 100 be composed of different sub-areas, such as rows or columns.

Die Blendenanordnung kann sich alternativ zu der in 3 gezeigten Stellung direkt am Eingangsfenster 220 befinden. Wird die Blendenanordnung 210 direkt am Eingangsfenster 220 des Spektrometers angeordnet, müssen die Blendenöffnungen im Wesentlichen die gleiche Dimension wie die Abbildungen der Teilbereiche 101, 102, 103, 104, 105 aufweisen. Ferner müssen die Blendenöffnungen 211, 212, 213, 214, 215 an der Stelle angeordnet sein, an der die jeweiligen Teilbereiche 101, 102, 103, 104, 105, abgebildet werden. Es ist auch möglich, dass der Eingangsspalt des Spektrometers die Blendenanordnung ersetzen kann. Mit anderen Worten, die Blendenöffnung 211 muss sich an der Stelle befinden, an der der Teilbereich 101 abgebildet wird, die Blendenöffnung 212 muss sich an der Stelle befinden, an der der Teilbereich 102 abgebildet wird, und die Blendenöffnung 213 muss sich an der Stelle befinden, an der der dritte Teilbereich 103 abgebildet wird, die vierte Blendenöffnung 214 muss sich an der Stelle befinden, an der der vierte Teilbereich 104 abgebildet wird, und die fünfte Blendenöffnung 215 muss sich an der Stelle befinden, an der der fünfte Teilbereich 105 abgebildet wird.The diaphragm assembly may be alternative to the in 3 shown position directly at the entrance window 220 are located. Will the aperture arrangement 210 directly at the entrance window 220 arranged the spectrometer, the apertures must have substantially the same dimension as the images of the subregions 101 . 102 . 103 . 104 . 105 exhibit. Furthermore, the apertures must 211 . 212 . 213 . 214 . 215 be arranged at the location at which the respective sections 101 . 102 . 103 . 104 . 105 to be imaged. It is also possible that the input gap of the spectrometer can replace the aperture arrangement. In other words, the aperture 211 must be at the location where the subarea is located 101 is pictured, the aperture 212 must be at the location where the subarea is located 102 is pictured, and the aperture 213 must be located at the location where the third subarea 103 is pictured, the fourth aperture 214 must be at the location where the fourth subarea is located 104 is pictured, and the fifth aperture 215 must be at the location where the fifth subarea is located 105 is shown.

Die Blendenanordnung 110 kann einstückig sein oder mehrere separate Blenden aufweisen.The aperture arrangement 110 may be in one piece or have multiple separate apertures.

Die Breite des Eingangsfensters 220 des Spektrometers 250 beeinflusst die spektraler Bandbreite des Spektrometers 250. Falls das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250 eine andere Breite als eine Spalte des Bildes aufweisen soll, kann mithilfe einer zusätzlichen Blende der Abblendmechanismus vom Eingangsfenster 220 entkoppelt werden.The width of the input window 220 of the spectrometer 250 affects the spectral bandwidth of the spectrometer 250 , If the entrance window 220 of the spectrometer 250 another width than a column of the image should have, with the help of an additional aperture of the dimming mechanism from the entrance window 220 be decoupled.

Falls der oder die Eingangsspalte breiter sind als eine Spalte des Messfeldes, würde eine Spalte nicht mehr für sich getrennt untersucht werden, es würden sich Spalten vermischen. Die Breite des Eingangsspaltes hat direkt Einfluss auf die optische Bandbreite des Spektrometers. Der Spalt wird im Spektrometer auf den Chip abgebildet, dabei wird er zwar spektral aufgespaltet, jedoch wird die Größe mit dem Abbildungsverhältnis des Spektrometers abgebildet. D.h., ein breiter Spalt wird eine breite spektrale Linie und damit eine geringe spektrale Auflösung bewirken. Ein schmaler Spalt erlaubt es, schmale spektrale Linien zu untersuchen. Ein schmaler Spalt bewirkt weniger Intensität und eine längere Messzeit. Normalerweise kann man dies für die jeweilige Anwendung frei wählen, hier ist jedoch die Spaltbreite mit der räumlichen Auflösung gekoppelt. Aus diesem Grund müssen Blenden vorgesehen sein, um räumlich den richtigen Spalt auszuwählen. Falls der Eingangsspalt des Spektrometers direkt verwendet wird, muss dieser Effekt berücksichtigt werden.If the input column or columns are wider than a column of the measurement field, a column would no longer be examined separately, columns would mix. The width of the input gap has a direct influence on the optical bandwidth of the spectrometer. The gap is imaged in the spectrometer on the chip, while it is spectrally split, but the size is mapped with the imaging ratio of the spectrometer. That is, a wide gap will cause a broad spectral line and thus a low spectral resolution. A narrow gap allows to study narrow spectral lines. A narrow gap causes less intensity and a longer measuring time. Normally, this can be freely chosen for the respective application, but here the gap width is coupled with the spatial resolution. For this reason, screens must be provided to spatially select the correct gap. If the input gap of the spectrometer is used directly, this effect must be considered.

Erste Abbildungsstrahl 203a des ersten Wiederholbildes 111, der zweite Abbildungsstrahl 203b des zweiten Wiederholbildes 112 und der dritte Abbildungsstrahl 203c des dritten Wiederholbildes 113 werden durch ein fokussierendes Element 208, beispielsweise einen Spiegel auf das Eingangsfenster 220 des Spektrometers 250 abgebildet.First picture beam 203a of the first repeat image 111 , the second imaging beam 203b of the second repeat image 112 and the third imaging beam 203c of the third repeat image 113 be through a focusing element 208 For example, a mirror on the entrance window 220 of the spectrometer 250 displayed.

Die Bildpunktauflösung bzw. die Pixelauflösung des zweidimensionalen Messfeldes ergibt sich aus der Anzahl der Facetten bzw. der Anzahl der Planspiegel des Facettenspiegels, die bestimmen, in wie viele Teilbereiche das zweidimensionale Messfeld zerlegt werden kann, und aus der Anzahl von Pixel des CCD-Chips in einer Richtung, d.h. mit wie vielen Pixel ein Teilbereich abgebildet werden kann. Die spektrale Auflösung hängt ebenfalls von der Anzahl der Pixel des CCD-Chips in der anderen Richtung ab. Bei einem CCD-Chip mit 2048×512 Pixel und bei einem Facetten-Spiegel mit 36 Facetten ergeben sich 36 Pixel in einer ersten Achse und 65 Pixel in der zweiten Achse (2048/36), wobei die erste Achse auf der zweiten Achse senkrecht steht. Folglich kann ein zweidimensionales Messfeld mit 35 × 56 Messpunkten untersucht werden, solange jedes Pixel genutzt werden kann. Für die spektrale Analyse ergeben sich 512 Pixel pro Messpunkt.The pixel resolution or the pixel resolution of the two-dimensional measuring field results from the number of facets or the number of plane mirrors of the facet mirror, which determine how many subareas the two-dimensional measuring field can be decomposed and the number of pixels of the CCD chip one direction, ie with how many pixels a partial area can be mapped. The spectral resolution also depends on the number of pixels of the CCD chip in the other direction. For a 2048 x 512 pixel CCD chip and a 36 facet faceted mirror, there are 36 pixels in a first axis and 65 pixels in the second axis (2048/36) with the first axis perpendicular to the second axis , Consequently, a two-dimensional measurement field with 35 × 56 measurement points can be examined, as long as each pixel can be used. The spectral analysis yields 512 pixels per measurement point.

Es wird nochmals auf 3 Bezug genommen. Von einem zweidimensionalen Messfeld 100 eines Objektes werden Bildstrahlen 205 emittiert, die durch die Blende 206 verlaufen. Im Facetten-Spiegel 202 wird der ursprüngliche Strahl 205 in eine Mehrzahl von Teilbildstrahlen 203a, 203b, 203c aufgeteilt. Die Teilbildstrahlen 203a, 203b, 203c passieren die Blendeneinrichtung 210 und werden von dem Spiegel 208 fokussiert, um auf dem Eingangsfenster 220 des Spektrometers als erster Teilbereich 101, zweiter Teilbereich 102 und dritter Teilbereich 103 abgebildet zu werden.It will open again 3 Referenced. From a two-dimensional measuring field 100 of an object become image rays 205 emitted by the aperture 206 run. In the faceted mirror 202 becomes the original ray 205 in a plurality of partial image beams 203a . 203b . 203c divided up. The sub-picture beams 203a . 203b . 203c pass through the aperture device 210 and are from the mirror 208 focused to on the entrance window 220 of the spectrometer as the first subarea 101 , second subarea 102 and third part 103 to be imaged.

Der Facetten-Spiegel 202 umfasst ferner eine Messfeldabbildungsfacette, die einen Messfeldabbildungsstrahl 260 reflektiert, der über eine Linse 262 auf einem Messfeldabbildung-CCD-Chip 264 abgebildet wird. Dadurch kann das gesamte Messfeld mit hoher Auflösung dargestellt werden. Folglich können auch Details des zweidimensionalen Messfeldes erkannt werden.The faceted mirror 202 further comprises a measuring field imaging facet comprising a measuring field imaging beam 260 reflected by a lens 262 on a frame picture CCD chip 264 is shown. This allows the entire measuring field to be displayed with high resolution. Consequently, details of the two-dimensional measuring field can also be detected.

4a zeigt eine Abbildung, des zweidimensionalen Messfeldes, wie sie effektiv am Messfenster 220 des Spektrometers 250 erzeugt wird, wobei die Teilbereiche nicht hintereinander, sondern übereinander angeordnet werden, um die Auflösung grafisch darzustellen. Die Teilbereiche 101, 102, 103, 104, 105 werden auf dem Eingangsfenster 220 in einer Ebene hintereinander abgebildet und werden nur zur Darstellung in 4a übereinander abgebildet. 4a shows an image of the two-dimensional measuring field, as effectively on the measuring window 220 of the spectrometer 250 is generated, wherein the subregions are arranged not one behind the other, but one above the other, to graphically display the resolution. The subareas 101 . 102 . 103 . 104 . 105 be on the entrance window 220 imaged in a plane one behind the other and are only for display in 4a imaged on top of each other.

4b zeigt eine Abbildung eines Kreises, die derjenigen von 4a entspricht mit hoher Auflösung. Diese Abbildung ergibt sich an dem Messfeldauswertung-CCD-Chip 264, auf dem das gesamte zweidimensionale Messfeld 100 mit einer hohen Auflösung abgebildet wird. 4b shows an image of a circle, that of 4a corresponds with high resolution. This figure is based on the measuring field evaluation CCD chip 264 on which the entire two-dimensional measuring field 100 imaged with a high resolution.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein zweidimensionales Bildfeld ohne mechanische Bewegung vierdimensional ausgewertet werden kann. Die ersten beiden Dimensionen sind die beiden Koordinatenachsen des zweidimensionalen Messfeldes. Die dritte Dimension ist die spektrale Auflösung. Die vierte Dimension ist die Zeit, da die Messung mehr oder weniger in Echtzeit durchgeführt werden kann.The invention has the advantage that a two-dimensional image field can be evaluated four-dimensionally without mechanical movement. The first two dimensions are the two coordinate axes of the two-dimensional measuring field. The third dimension is the spectral resolution. The fourth dimension is the time since the measurement can be done more or less in real time.

Claims

Spectrometer system ( 204 ), which is designed to be a two-dimensional measuring field ( 100 ) having pixels in a first direction and pixels in a second direction to spectrally resolve, the first direction being perpendicular to the second direction, comprising: - an imaging device ( 200 ); and a spectrometer ( 250 ); - wherein the imaging device ( 200 ) is adapted to the two-dimensional measuring field ( 100 ) into a plurality of subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ), each subsection ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) Has pixels in the first direction and the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) are arranged along the second direction, and the imaging device ( 200 ) is adapted to the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) in a plane behind one another; - where the spectrometer ( 250 ) an input window ( 220 ) and the spectrometer ( 250 ) is adapted to evaluate the spectrum of a plurality of pixels imaged one after the other in a plane; wherein the imaging device is adapted to the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) on the input window of the spectrometer; and - the imaging device ( 200 ) a picture repeat device ( 202 ) having the two-dimensional measuring field ( 100 ) as a plurality of repeat images ( 111 . 112 . 113 . 114 . 115 ) images side by side.

Spectrometer system ( 204 ) according to claim 1, characterized in that the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) are shown one behind the other in the longitudinal direction and the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) are shown offset in the transverse direction.

Spectrometer system ( 204 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the image repeating device ( 202 ) comprises at least one of the following components: - a facet mirror ( 202 ); A micromirror arrangement; A lens array having a plurality of lenses; and / or - a mirror assembly having a plurality of mirrors.

Spectrometer system ( 204 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the imaging device has a plurality of apertures, wherein the first aperture ( 211 ) is arranged so that the first subregion ( 101 ) of the first repeat image ( 111 ) the first aperture ( 211 ) happens, the second aperture ( 212 ) is arranged so that the second subregion ( 102 ) of the second repeat image ( 112 ) the second aperture ( 212 ), and the n-th aperture is arranged so that the n-th portion of the n-th repeat image passes through the n-th aperture.

Spectrometer system ( 204 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the imaging device ( 200 ) a measuring field imaging device ( 202 . 262 ), which covers all subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) in their original arrangement on a detection device ( 264 ) maps.

Spectrometer system ( 204 ) according to claim 5, characterized in that the measuring field imaging device ( 202 ) is formed by at least one of the following components: a facet of the facet mirror ( 202 ); A micromirror of the micromirror array; A lens of the lens array; and / or a mirror of the plurality of mirrors.

Method for the spectral evaluation of a two-dimensional measuring field with the following steps: - splitting of the measuring field ( 100 ) into subareas ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ), each subsection ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) Has pixels in the first direction, the portions being arranged along the second direction and the second direction being perpendicular to the first direction; - mapping the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) one behind the other in a plane; and - spectral evaluation of the subregions ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ); characterized by the following steps: - Repeated imaging of the measuring field ( 100 ) by means of a plurality of repeat images ( 112 . 113 . 114 . 115 ) one behind the other in a plane; and - forwarding a subregion ( 101 . 102 . 103 . 104 . 105 ) of each repeat image ( 111 . 112 . 113 . 114 . 115 ) for spectral evaluation.