SE502809C2 - Anordning för spektralanalys av optisk ljuskälla med bilddetektion och uppdelning av spektralordningar - Google Patents

Description

502 m9 f"- väg eller genom ritsning, en fördelning av det utbyte med vilken den optiska strålningen sprids.

Detta s.k. diflialctionsutbyte, dvs förhållandet mellan intensiteten hos den spridda och den infallande optiska strålningen vid en viss våglängd, uppvisar ett maximum vid en våglängd, som i allmänhet anges i spektralordning 1. Denna våglängd, kallad "blaze-våglängden", är en för diflifaktionsgittret karakteristisk storhet, som beror av ritsamas avstånd, fonn och av den optiska strålningens polarisation. Vid val av diffraktionsgitter väljer man denna våglängd så att den ligger i det önskade våglängdsområdet. Då den våglängd man önskar mäta avviker betydligt från blaze-våglängden reduceras gittrets diffralctionsutbyte avsevärt. Metoden att filtrera störande våglängder från andra spektralordningar för att öka entydigheten hos ett spektmm i en spektralordning, resulterar sålunda i en betydlig reduktion av det utbyte med vilket våglängder, som avviker från blaze-våglängden, kan mätas. Dessa omständigheter visar att det är svårt om ej omöjligt att täcka in ett stort våglängdsområde i en enda spektralordning av ett diffi-alctionsgitter, vilket är en stor olägenhet .

Sätt att överbygga denna olägenhet presenterades redan så tidigt som på 50-talet genom ett förslag av Harrison (referens 1). Detta förslag går ut på att använda ett gitter med gles ritsning, “d.v.s. gitter med ett avstånd d mellan ritsama betydligt större än den våglängd Ä. man önskar mäta. Vidare skall gittren framställas så att ritsarnas tvärsnitt är stegliknande, med den ena stegytan plan och reflekterande. Gitter av detta slag kallas "echellegitter". Vinkeln mellan den reflekterande stegytans normal och gitterytans nomial kallas "blazevinkeln" 9. För echellegitter är G typiskt ungefär 60°. Med echellegitter kan mycket höga maximala utbyten erhållas över ett mycket stort våglängdsområde, exempelvis från det ultravioletta (UV) till det närinfraröda (NlR). Följaktligen kan echellegitter användas i spektralordningar från m=l till m>l00 med bevarat högt utbyte kring en central blaze våglängd I; i varje spektralordning.

Denna speciella egenskap hos echellegittren kan utnyttjas endast om ordningsspektrerna, d.v.s. spektrema i de olika spektralordningama på fokalytan, kan separeras från varandra vid avläsningen. I en spektralanordning, som avmäter spektrumet sekventiellt, såsom en monokromator, kan derma separering åstadkommas med exempelvis filter applicerade framför ingångsöppningen till monokromatom. Vill man emellertid avmäta ett stort våglängdsområde samtidigt i en enda exponering, exempelvis med användning av fotografisk registrering eller vid registrering med CCD-sensor, måste ordningsspektren i fokalplanet separeras fiân varandra.

För att göra detta måste ytterligare ett våglängdsspridande, d.v.s. dispersivt, optiskt element, benämnt ordningssorterare, användas i strålgången innan fokalplanet. Riktningen hos våg- längdsspridningen måste därvid vara tillnärrnelsevis vinkelrät mot våglängdsspridningen hos difiialctionsgittret.

Det existerar två huvudsakliga sätt att åstadkomma ordningssortering - nämligen genom ref- 3 A 502 809 raktion av strålningen, såsom i ett prisma, eller genom diffraktion av densamma såsom i ett gitter. Den senare typen åstadkommer separationen av echellegittrets ordningsspektra i sin tur i flera spektralordningar vilket omöjliggör samtidig mätning av stora våglängdsområden p.g.a. stömingen från gitterordningssorterarens andra spektralordningar. Ordningssorterare av det slag som diskuterats i ref 2-4, vilka antingen utgörs av ett enda diffraktionsgitter eller en kombination av ett diflïalctionsgitter och ett prisma, är därför omöjliga att använda. Dessa ordningssorterare är avsedda huvudsakligen för detektion med ett bildrör med sekventiell ut- läsning innebärande att filter kan användas under utläsningen för att separera störningar från gittret i ordningssorteraren. Med samtidig registrering av hela det önskade våglängdsområdet är ordningssorterare av detta slag svåra eller omöjliga att använda.

Det är känt att, för att en ordningssorterare skall separera ordningsspektrema helt likforrnigt. d.v.s. så att dessa i fokalplanet har ett konstant inbördes avstånd, krävs att våglängdsberoendcl hos ordningssorterarens vinkeldispersion är omvänt proportionellt mot våglängdens kvadrat Detta uttrycks genom ekv. (12) i inledningen till den teoretiska behandlingen nedan. For en refraktiv, d.v.s. prismatisk ordningssorterare, använd i ett stort vâglängdsoniråde, t.ex. VUV _till NlR, finns det inga optiska material som har sådana dispersionsegenskaper som skulle resultera i det önskade beroendet. En följd av detta är att ordningsspektrema på fokalytan får en mycket ojämn fördelning såsom visats i referenserna 2 - 4.

Det kortaste avståndet mellan ordningsspektrema på fokalytan bestämmer höjden på spektral- anordningens íngângsöppning. Eftersom detektorn, t.ex. en CCD-sensor, har en begränsad storlek, resulterar en ojämn fördelning av ordningsspektrema i en begränsning av spektral- anordningens känslighet, d.v.s. av den mängd optisk strålning som denna kan detektera.

Mycket vidsträckta våglängdsområden är omöjliga att detektera samtidigt. En annan konsekvens av ordningsspektremas ojämna fördelning är att detektoms yta utnyttjas på ett ofördelaktigt sätt.

Av det ovan framförda framgår även det speciella krav på den optiska avbildningen som ord- ningssortering av många spektralordningar ställer. Ingångsöppningens höjd måste väljas så att motsvarande höjd hos öppningens avbildning i fokalplanet är mindre än det kortaste avståndet mellan ordningsspektrema. Om så ej är fallet kommer ordningsspektrema att blanda ihop sig vid registreringen, d.v.s. man erhåller en överhörning av den spektrala signalen från de närliggande ordningsspektrema. Eftersom spektroskopiska tillämpningar i allmänhet kräver att spektrumet kan mätas utan störning över intensitetsoniråden där den svagaste signalen är 1/10000 eller lägre än den starkaste, är även en liten överhöming från en spektralordning till en annan ytterst störande. Detta ställer mycket höga krav på kvaliteten hos den optiska avbildningen av ingângsöppningen, nämligen att denna skall vara stigmatisk, innebärande att en 502 609 '“' punkt vid ingångsöppningen avbildas tillnärmelsevis som en punkt i fokalplanet. Detta lcrav avviker från det som vanligen tillämpas i spektroskopisk utrustning, nämligen att det är tillräckligt om en punkt vid ingångsöppningen avbildas som en linje i fokalplanet orienterad så att den är vinkelrät mot gittrets dispersionsriktning. Om däremot en sådan icke stigrnatisk, eller astigrnatisk avbildning tillämpas i en spektralanordning med echellegitter, kommer optisk strålning från närliggande ordningsspektra att "blandas" även om ingångsöppningens höjd reduceras aldrig så mycket. Såsom visades ovan är även en liten sådan blandning, eller "över- höming" mellan ordningsspektrerna på detektorn oacceptabel vid spektralanalys.

Båda ovan ariforda olägenheterna, nämligen såväl den ojärrma fördelningen hos ordningsspektrema som den med astigmatisk avbildning elimineras samtidigt i spektralanordningen enligt uppfinningen.

Ytterligare ett avbildningsfel som är besvärande i optiska spektralanordningar är s.k. koma.

Detta avbildningsfel uppträder som en asymmetrisk breddning av den optiska avbildningen. I en spektralanordning innebär detta att avbildningen av ingångsöppningen i en isolerad våglängd (spektrallinje) erhåller en sned breddning med en reducering av den spektrala irpplösningsförrnågan som följd. Även detta avbildningsfel reduceras eller elimineras genom föreliggande uppfinning.

Detektorenheten som ingår i spektralanordningar är ofia dyr. Dess ljuskänsliga yta, som oftast har rektangulär fonn, är begränsad till sin storlek. I relation till på förhand specificerade spektrala egenskaper är det i allmänhet svårt att utföra ett val av spektralanordningens huvud- parametrar så att denna yta utnyttjas optimalt, vilken svårighet föreliggande uppfinning även eliminerar eller reducerar Ändamålet med Föreliggande uppfinning är att i anslutning till en anordning av i ingressen om- nänmt-slag eliminera nu nämnda och även andra nackdelar.

HI. Redogörelse för uppfinningen Vid en anordning av i det föregående omnämnt slag består nämnda ordningssorterande organ av minst två av olika material framställda refralcterande optiska komponenter vilka tillsammans med diffraktionsgittret och de avbildande optiska organen är anordnade att samverka till en tillnärmelsevis likformig fördelning av ordningsspektrema på detektororganet och en tillnärrnelsevis stigrnatisk avbildning av ingångsöppningen i åtminstone en punkt på detektor- organet. 5 ' 5022809 Detta och övriga kännetecken på en anordning enligt uppfinningen fi-amgår av efterföljande patentkrav.

Genom uppfinningen åstadkommes bl.a. att ordningssorteraren kan separera de olika ordningsspektrema entydigt och med en tillnannelsevis likforrnig fördelning på detektorytan samtidigt som avbildningsfelet astigrnatism kan elimineras eller reduceras. Även ett annat av- bildningsfel, som förorsakar en breddning av den spektrala avbildningen av ingångsöppningen och därmed en reducering av upplösningsfiirmågan, nämligen koma, elimineras eller reduceras genom uppfinningen. Vidare kan genom uppfinningen den tillgängliga ytan hos detektororganet utnyttjas optimalt.

En matematisk forrnalism med vilken uppfinningen realiseras vid konstruktion av spektral- anordningar enligt uppfinningen beskrivs nedan.

IV. Figurbeskrivning -Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, där schematiskt Fig.] visar en anordning för spektralanalys med ett ordningssorterande organ omfattande två refiakterande varandra motverkande komponenter av olika material; Fig. 2 visar en anordning liknande den i Fig. 1 men med de ordningssorterande komponentema sammanfogade till en komponent; Fig. 3 visar exempel på kombinationer av prismatiska komponenter som enligt uppfinningen kan bilda en ordningssorterande enhet; Fig. 4 ytterligare en anordning for spektralanalys enligt uppfinningen.

V. Föredragna ufiringsformer På ritningen visar fig. 1 en allmän spektralanordning enligt uppfinningen i perspektiv bestående av en ljuskälla (1 1) samt en spektral detektor ( l) som innehåller en ingångsöppning (10). De med pilar märkta linjema anger allmänt centrala strålar i den spektrala detektom. Som forsta och andra avbildande optiska organ används två ytspeglar ( 12,15) vardera med konkav, exempelvis, stärisk eller torisk ytform. 1 strålgången mellan speglama (12) och (15) har diffralctionsgittret (14) placerats. I det i fig. 1 visade exemplet har detta plan ytform och är reflekterande. De från samma punkt på difialctionsgittret utgående strålarna definierar ett plan, kallat gittrets spridnings- eller dispersionsplan. Detta plan, som är vinkelrätt mot gittrets ritsar, innehåller strålama (141) och (142) i fig. 1. Speglamas orientering i fig. 1, har valts så att båda dessas reflektionsplan, d.v.s. planet definierat av strålen fore, (121) respektive (151), och efter, 502 809 '6- ( 122) respektive (152), reflektionen i spegelns mittpunkt, är tillnärmelsevís parallella med den. riktning gittrets våglängdsspridning definierat vid speglama. Anordningen i figl visar därvid en optisk uppställning av Typ H, vägledande for tillämpningen av de matematiska sambanden enligt uppfinningen nedan. Den ordningssorterande enheten (13) enligt uppfinningen, även den placerad i strålgången mellan de båda speglama (12) och ( 15), består av två prismatiska komponenter (131) respektive (132) framställda av olika optiska material, exempelvis materialen LiF respektive BaF._,. Prismoma (131) och (132) är vardera monterade så att dessas våglängdsspridning inträfiar i en riktning tillnämrelsevis vinkelrätt mot diflialctionsgittrets (14) spridningsplan. Prismoma (131) och (132), som i det visade exemplet i fig. 1 vardera är framställda med en reflekterande yta, är inbördes orienterade så att det ena prismats (131) vâglängdsspridrring motverkar det andras (132). Slutligen visas i fig.] detektorenheten (16) på vars ljuskänsliga yta (161) dilïralctionsgittrets spektralordningar fokuseras till, från varandra fristående ordningsspektra, med en enligt uppfinningen tillnännelsevis likformig fördelning.

Komponentvärden för, samt orientering och placering av de i den spektrala detektorn (1) ingående komponenterna, nämligen ingångsöppriingen (10), speglarna (12,l5), difliaktions- gittret (14), prismorna (131, 132) och detektom (16) är valda så att de, nedan angivna, matematiska sambanden (18), (21), (26), (28), (30), (31) och (32) samtidigt, tillnärmelsevis uppfylls. De matematiska sambanden (21) och (26) innebär därvid att ordningsspektrema, med likformig fördelning och under stigrnatisk avbildning, enligt uppfinningen fokuseras på detektom (16). Sambandet (28) resulterar i att nämnda avbildning dessutom sker, enligt upp- finningen, så att avbildningsfelet koma elimineras eller reduceras. Vidare innebär sambandet (18) att ordningsspektrerna inom ett på förhand valt våglängdsområde fokuseras, enligt uppfinningen, inom detektorytan, medan sambanden (30), (31) och (32) innebär att denna yta, enligt uppfinningen, utnyttjas optimalt.

Ett annat utförande av den spektrala detektom (1) i fig. 1 enligt uppfinningen visas i perspektiv i figur 2. I fig. 2 återfinns ingångsöppningen (10), det första och det andra avbildande optiska organet (l2)*och (15) vilka även i det visade exemplet, båda är konkava speglar med exempelvis sfärisk eller torisk ytform. Difli-alctionsgittret ( 14) och detektorenheten (16) åter- finns även i detta uttöringsexempel. Strålarna (141) och (151) definierar i Fig. 2 diñiaktions- gittrets ( 14) spridningsplan. Speglarna (12) och (15) har i fig. 2 monterats så att båda dessas reflektionsplan, d.v.s. planet definierat av strålen fore, (121) respektive ( 151), och efier, (122) respektive (152), reflektionen i spegelns mittpunkt, är tillnärrnelsevis vinkelräta mot den riktning gittrets våglängdsspridning definierar vid speglarna. I fig. 2 innebär detta att nänmda plan är tillnärmelsevis parallella med diñraktionsgittrets ritsar. Anordningen i fig. 2 visar därvid en optisk uppställning av Typ I, vägledande for tillämpningen av de matematiska sambanden enligt uppfinningen nedan. Ordningssorteringsprismorna (131) och (132) äri fig. 2 anordnade, enligt uppfinningen, så att två av dessas ytor befinner sig i optisk kontakt med varandra på det '7' 502 809 sätt som fig. 3e beskriver. Tillsammans bildar prismoma i fig. 2 sålunda en sammansatt ordningssorteringskomponent (13). Även i utföringsforrnen i fig. 2 har komponentvärden för, samt orientering och placering av de ingående komponentema, nämligen ingångsöppningen (10), speglama (12, 15), diflialctionsgittret (14), prismorna ( 131, 132) och detelctom (16) valts så att de, nedan angivna, matematiska sambanden; (18), (21), (25), (27), (30), (31) och (32) samtidigt, tillnärmelsevis uppfylls. De matematiska sambanden (21) och (25) innebär därvid att ordningsspelctrema, med likforrnig fördelning och under stígrnatisk avbildning, enligt uppfinningen fokuseras på detektorn (16). Sambandet (27) resulterar i att nämnda avbildning dessutom sker, enligt uppfinningen, så att avbildningsfelet koma elimineras eller reduceras.

Likaså innebär sambandet (18) att ordníngsspektrerna inom ett på förhand valt våglängdsorrrråde fokuseras, enligt uppfinningen, inom detektorytan, medan slutligen sambanden (30), (31) och (32) innebär att denna yta, enligt uppfinningen, utnyttjas optimalt.

Figur 3 visar tvärsnitt av några olika typer av utforingssformer av ordningssorteringsenheten (13) enligt uppfinningen.

Fig. 3 a visar två varandra motverkande, av olika material fi-arnställda prismor använda i trans- mission. De streckade linjema anger normaler mot prismomas ytor och den med pil markerade brutna linjen en ljusstråle. Figur 3a visar även allmänt infallsvinkeln ot, och refraktionsvinkeln ö, for det forsta prismat (131) samt motsvarande storheter a, och ö, för det andra prismat (132). I fig. 3a anger n, brytningsindex för mediet i prismat (131) och n, brytningsindex för mediet i prisrnat (132). Vidare anger A, prismats (131) och A, prismats (132) brytande vinklar.

Ytterligare visar fig. 3a vinklarna of, och of, betecknande de vinklar som en ljusstråle efier refraktion i respektive prismas första yta bildar med nämnda ytas normal. Dessa storheter ingår i den matematiska redogörelsen för uppfinningen. Den i fig. 3a visade realiseringen av ordningssorteringsenheten (13) enligt uppfinningen är fordelaktig att välja exempelvis då man önskar använda separat monterade transmissionsprismor.

Figur 3b visar ett utföringsexempel av ordningssorteringsenheten enligt uppfinningen med tre fristående prismor (131, 132 och 133) där prismoma (131) och (133) har samverkande våglängdsuppdelning medan prismat (132) har motverkande, Detta alternativ kan exempelvis väljas då en stor uppdelning av spektralordningarna erfordras i ett utförande med fiistående transmissionsprismor.

Figur 3c, visar en till figur 3a analog utfóringsforrn av prismoma (131) och (132) dock med den skillnaden att prismoma monterats så att två av dessas ytor befinner sig i optisk kontakt med varandra. Denna optiska kontakt kan göras antingen med ett, för våglängdsornrådet transparent lirn, eller genom slipning av ytorna till samma form och tillräckligt hög ytkvalitet 502 809 Y för att dessa skall kunna pressas samman. Ordningssorteringsenheten i Fig. 3c blir sålunda en sammansatt optisk komponent. Denna realisering av ordningssorteraren (13) kan väljas som altemativ till den i fig. 3a visade realiseringen, då man är angelägen om att reducera förluster genom reflektion i prismornas ytor, altemativt antalet komponenter i spektralanordningen (1).

Figur 3d visar en till figur 3b analog utföringsform av två samverkande (13l,l33) och ett motverkande ( 132) prisma dock med den skillnaden att prismat (132) monterats med sin ena yta i optisk kontakt med prismat (131) och med sin andra yta i optisk kontakt med prismat (133). Genom detta blir även ordningssorteringsenheten i fig. 3d en sammansatt optisk kom- ponent. Detta altemativ till fig. 3b är fördelaktigt att använda då man är angelägen om att reducera reflektionsförluster, altemativt antalet komponenter i spektralanordningen (1).

Figur 3e visar en, till fig. 3c alternativ, utföringsfonn med prismoma (131) och ( 132) mon- terade med två ytor i kontakt med varandra. Det andra prismats (132) fiia yta har gjorts reflekterande varvid den optiska strålningen, efter passagen genom prismoma, reflekteras i nämnda yta och får därefter passera båda prismoma ånyo för att utgå i motsatt riktning i __f“orhållande till den infallande optiska strålningen. Nämnda reflekterande ytan kan även vara slipad till en icke-plan ytan, exempelvis sfårisk. Utföringsformen enligt Fig. 3e med plan reflekterande yta är den som används i den spektrala detektom enligt uppfinningen visad i figur 2. Eftersom den optiska strålningen, såsom visas av den med pilar märkta brutna linjen, passerar prismat (131) två gånger räknas, i den matematiska behandlingen, nedan derma utföringsfonn såsom innehållande tre prismatiska komponenter. Av samma anledning har prismats ( 132) brytande vinkel angivits såsom Az/Z i fig. 3e, efiersom detta prisma motsvarar ett transmissionspiisma med brytande vinkeln A2. Eftersom denna utföringsfonn är ekvivalent med tre prismor i transmission på det sätt fig. 3d visar, är den effektiv för att åstadkomma separationen av spektralordningarna enligt uppfinningen. För en spektraldetektor enligt uppfiimingen som skall täcka in ett våglängdsområde från VUV, exempelvis 180 nm, till NLR, exempelvis 1000 nm, är ett bra materialval för prismat ( 131) LiF och för prismat ( 132) BaFz.

Om spektraldetektom enligt uppfinningen används i våglängdsområdet från 380 nm till 1050 nm är ett bra materialval Schotts glas av typ LaK 31 för prismat (131) och SF 18 för prismat (132) Figur 3f visar ett exempel på en liknande utföringsfonn som den som visas i fig. 3e men verkställd med tre prismor på det sätt som Fig. 3b visar. Prismat (131) har en yta i kontakt med prismat ( 132) som har sin andra yta i kontakt med prismat (133). Dess andra yta har gjorts reflekterande. Efiersom den optiska strålningen, såsom visas av den med pilar märkta brutna linjen, passerar prismoma (131) och (132) två gånger räknas, i den matematiska behandlingen, nedan denna utföringsfonn såsom innehållande fem prismatiska komponenter. Följaktligen f in 502 809 räknas i den matematiska behandlingen nedan denna utföringsforrn såsom bestående av fem prismor. Vidare har prismats ( 133) brytande vinkel angivits såsom A3/2 i fig. 3e, eftersom detta prisma motsvarar ett transmissionsprisma med brytande vinkeln A3. Eftersom anordningen enligt fig. 3f är ekvivalent med fem prismor i transmission, âr denna mycket effektiv för att åstadkomma separationen av spektralordningama enligt uppfinningen.

Figur 3g visar slutligen en utföringsforrn där de båda prismoma (131, 132) används fi-istående I från varandra. Båda är framställda så att dessa har en reflekterande sida som kan vara icke- plan. Utföringsfonnen enligt fig. 3g med krökta reflekterande ytor är den som ingår i utförings- formen visad i fig. 4. Utföringsforrnen i fig. 3g är attraktiv att använda då man i strålgången mellan prismoma, förutom diffialctionsgittret (14), önskar införa ytterligare optiska kompo- nenter.

Figur 4 visar ytterligare ett exempel på en utföringsforrn av den spektrala detektom (1). I fig. 4 återfinns ingångsöppningen (10), diflialctionsgíttret (14) och detektorenheten (16). I det visade exemplet är den ordningssorterande enheten enligt uppfinningen realiserad på det sätt som _visas i fig.3g, varvid prismomas ( 131, 132) reflekterande ytor slipats konvexa, exempelvis sfäriskt konvexa. Denna yta i prismat (131) fungerar därvid som det första avbildande optiska organet (12) och motsvarande yta i prismat (132) som det andra avbildande optiska organet (15). Sålunda visar lig. 4 en utföringsforrn enligt uppfinningen där det forsta och det andra avbildande optiska organen ( 12) och (15) integrerats med prismat (131) respektive prismat (132). Det visade exemplet i fig. 4, skall i den matematiska behandlingen betraktas som uppställning av Typ I, med beaktande av de, nedannärnnda särdrag som den i Fig. 4 visade utföringsfonnen irmebär.

Uppfinningen är icke begränsad till de visade utföringsexernplen på densamma utan kan tillämpas fritt inom ramen för nedanstående patentkrav. Så kan t.ex. prismoma (131, 132, l33,...) vara fi-arnställda av vilket som helst av på marknaden tillgängligt optiskt material.

Vidare kan mellan de avbildande organen (12) och ( 15) finnas andra optiska organ än de visade, exempelvis andra avbildande optiska organ, ytterligare diñi-alctionsgitter, etc. Upp- finningen är ej heller begränsad till nämnda våglängdsområden för strålningen utan kan tillämpas fritt i hela det våglängdsonrråde för vilket det existerar optiska material. Vidare är ej heller uppfinningen begränsad till användning tillsammans med difiiaktion i endast en gitteryta, utan två eller flera sådana kan förekomma, närhelst detta av spektroskopiska skäl är önskvärt. 502 809 'Ü VI. Teoretisk behandling VI. 1. Definition av beteckningar Uppfinningen beskrivs nedan med hjälp av ett antal ekvationer mellan storheter som karak-_ teriserar de i anordningen ingående komponenterna. Beteckningarna som används for dessa storheter ges nedan med angiven innebörd for varje beteckning. d= avståndet mellan linjerna på ditfraktionsgittrets optiska yta (ekvation (1)) a= vinkeln mellan den infallande strålningens riktning och normalen mot gitterytan (ekvation (1)) ß= difiralmonsvinkeln, d.v.s. vinkeln mellan den, etter difiiaktion, utgående strålningens riktning och normalen motgitterytan (ekvation (1)). För val av variabelns fortecken gäller att denna skall vara positiv om strålningen, efier difliaktiori, utgår på samma sida om gitterytans nonnal som den infallande strålningen. ß? blazevinkeln, d.v.s. vinkeln mellan nonnalen mot gitterytan och norrnalen mot gitterritsarnas reflekterande stegytor. spektralordningen, heltal (ekvation (1)) ß0= difliaktionsvinkeln for den centrala blazevåglängden (=2-6-u, ekvation (8)) ö= |a-9|=|6-ß0| (ekvation (8)) 7L= våglängden hos den optiska strålningen (ekvation (1)) Ä"'i“= den kortaste våglängden i den spektrala detektoms (1) våglängdsområde Ä““*= den längsta våglängden i den spektrala detektorns (1) våglängdsorriråde Ämm = den längsta våglängden som utnyttjas av spektrumet i spektralordningen m km” = den kortaste våglängden som utnyttjas av spektrumet i spektralordningen m mm= den spektralordning som den spektrala detektoms (1) kortaste våglängd km diüakteras i (ekvation (30)) Äm= en våglängd som i gittret undergår difiiaktion i spektalordriingen m (ekvation (2)) Ä°m= blazevåglängden i spektralordning m, d.v.s. den våglängd som efter difiralction i spektralordningen m utgår från gitterytan med difiiaktionsvinkeln Bo (ekvation (8)) A7L= den våglängdsditferens den spektrala detektom (1) fómiâr upplösa (ekvation (6)) W= totala antalet ritsar på difiialctionsgittrets (14) yta.

A1= den mot våglängdsdifferensen AK svarande sträckan på spektralanordningens fokalyta, utgörande detektorenhetens ljuskänsliga yta (161). spektralanordningens spektrala upplösningsfórrnåga (ekvation (6)) f= avståndet mellan det andra avbildande optiska organet (l 5) och detektorerilietens ljuskänsliga yta ( l 6l) i? *T -H i 502 809 det effektiva fokalavståndet med vars hjälp storleken av avbildningen på detektororganet (16) i riktning motsvarande difiïalctionsgittrets dispersion, kan beskrivas (ekvation (19) och (20)) det eiïektiva fokalavståndet med vars hjälp storleken av avbildningen på detektororganet (16) i riktning motsvarande ordningssorteringsenhetens (13) dispersion, kan beskrivas (ekvation (19) och (20)) Krökningsradien for skärningslinjen mellan den forsta spegelns ( 12) yta och dess reflektionsplan.

Krökningsradien for skärningslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns rnittpunkt vinkelrätt mot reflektionsplanet samma spegels lutningsvinkel, d.v.s. vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande stråle och normalen mot spegelytaní samma punkt.

Krökningsradien for skäntingslinjen mellan den andra spegelns ( 15) yta och dess reflektionsplan.

Krökningsradien for skärningslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns mittpunkt vinkelrätt mot reflektionsplanet samma spegels lutningsvinkel, d.v.s. vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande strâle och normalen mot spegelytan i samma punkt. avståndet mellan ingångsoppningen (10) och det första avbildande optiska organet (12) - avståndet en central stråle har att tillryggalägga från det forsta avbildande optiska organet (12) till diffraktionsgittret (14) bredden av detektorenhetens ( 16) ljuskänsliga yta (161) i spektrumets utbrednings riktning motsvarande gittrets dispersionsriktning på nämnda yta. höjden av detektorenhetens (16) ljuskánsliga yta ( 161) i riktning vinkelrätt mot nämnda dispersionsriktning, höjden av ingångsöppningens (10) avbildning på detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta (161) i riktning vinkelrätt mot nämnda utbredningsriktning, Index som anger den i:te prismatiska komponent i ordning som ljuset passerar fiån det forsta (12) till det andra (15) avbildande optiska organet, varvid i=K som index anger att storheten hänfor sig till den första, med nämnda forsta avbildande organ (12) integrerade prismatiska komponenten, i=F som index anger att storheten hänför sig till den sista, med nämnda andra avbildande organ (15) integrerade prismatiska komponenten, i=l,2,...N som index anger att storheten hänfor sig till de mellan nämnda organ (12, 15) fristående prismatiska komponenterna. avståndet en central stråle har att tillryggalägga fi'ån nämnda i:te prismatiska komponent till det andra avbildande optiska organet (15), _ avståndet en central stråle har att tillryggalägga från difiraktionsgittret (14) till det andra avbildande optiska organet (15), 502 Der: V1. 2. 09 -12- avståndet en central stråle har att tillryggalägga från det första ( 12) till det andra (15) avbildande optiska organet, d.v.s. DCF=DCG+DGF totala antalet gånger ljuset passerar de, fi-ån de avbildande optiska organen, fristående prismatiska komponenterna i ordningssorteringsenheten (13), brytningsindex for det optiska material som använts i framställningen av nämnda i:te prismatiska komponent, samma brytningsindex med angivet beroende av den optiska strålningens våglängd infallsvinkeln, innebärande vinkeln mellan en infallande stråles riktning och normalen mot den första ytan i nämnda i:te prismatiska komponent, varvid ai är positiv om nämnda stråle infaller på den sida av nämnda nonnal som är den motsatta i förhållande till den sida prisrnats spets definierar, vinkeln mellan den, efier refi-alction i den andra ytan av nämnda i:te prismatiska komponent, utgående strålens riktning och normalen mot nämnda yta, varvid ö, är positiv om nämnda stråle utgår på den sida av nämnda normal som är den motsatta i förhållande till den sida prismats spets definierar, den brytande vinkeln för nämnda i:te prismatiska komponent, innebärande vinkeln mellan nämnda komponents optiska ytor om båda ytoma är refrakterande och två gånger nämnda vinkel om den ena ytan är reflekterande, vinkeln mellan nämnda stråles riktning och nänmda normal eñer refraktion i nämnda forsta yta for nämnda i:te prisma. vinkeln mellan de i strålgången närstående ytorna for prismomai-1 och i. det fria spektralornrådet i en spektralordning (ekvation (9')) avståndet mellan niittpunlctema hos närliggande ordningsspektra vid blazevåglängdema Mm på detektoms (16) ljuskänsliga yta (161).

Difiraktionen i ett gitter beskrivs av den s.k. gitterekvationen som har följande lydelse m-Å =d-[sin(a)+sin(ß)] (1) l uttrycket ingår våglängden 2., infallsvinkeln a, diffralctionsvinkeln ß, gitterkonstanten d och spektralordningen m. Detta är ett heltal som anger i vilken spektralordning uppdelningen av den optiska strålningen sker. Dess betydelse för tolkningen av ett spektrum kan illustreras på följande sätt. Om km betecknar den våglängd som sprids i spektralordningen m, följer av ekvation (1) att alla våglängder kk som sprids av gittret i spektralordning k uppfyllande villkoret -ß- i so2"so9 m-Åm :m-Å, (2) utgår från diffraktionsgittret i samma riktning. Detta innebär att avbildningarna i dessa våg- längder sammanfaller i den spektrala detektoms (l) fokalplan; d.v.s. på detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta (161).

Ekvation (2) visar vidare att det våglängdsområde, från Ämm till Anm, som kan mätas i en spektralordning m utan störning från våglängder som spritts i den närmast högre spektral- ordningen m+l, bestäms av villkoret (mflflmm = mkmm. Om man dividerar detta uttryck med storheten m och dessutom utnyttjar ekvation (2) får man 12 =1;““ -»1,.'““ = 'rm Jam-i <2) m+l m Storheten FÄ kallas spektrumets "fria spektralområde" och är ett mått på det område av spektrumet som, utan inblandning från andra spektralordningar, kan mätas i en viss "spektralordning m. Det fria spektralområdet är störst för det spektrum som upptas i den lägsta möjliga spektralordningen dvs i spektralordning l med m=1. Följaktligen används denna spektralordning mest allmänt i spektrala instrument. I denna spektralordning kan ett våglängds- område från en kortaste våglängd Xml" till en längsta våglängd lm = 2-1" mätas utan störningar.

Andra viktiga för spektrumet karakteristiska storheter är vinkeldispersionen dß/dk som erhålles ur ekvation (1) genom difierentiering - 00865) Man kan beräkna den differentiella storheten dB genom att skriva dß=dllfheß där dl är den mot dß svarande linjära förändringen i fokalplanet och trä är den spektrala detektoms efiektiva fokalavstånd i spektrumets utbredningsríktning. I konventionella spektralanordningar är fl' 'f , där f betecknar avståndet mellan fokuseringsspegeln och fokalytan. För den linjära dispersionen får man från ekvation (4) :Li/LL (S, ru d-coqß) 502 809 -H- Ytterligare en karakteristisk parameter för spektrumet är den spektrala upplösningsförrnågan R, definierad genom följande uttryck.

R =-;-L- (6) där AK är differensen mellan två våglängder som spektralanordningen nätt och jämnt kan - särskilja. Exempelvis innebär R, = 500 att man vid våglängden 7L=500 mn, vid registreringen kan skilja våglängderna 500 nm och 501 mn fi-ån varandra. Man kan visa att den största spektrala upplösningsfönnågan som kan erhållas i en gitterspektralanordning är begränsad av följande uttryck R, SIN-m (7) där, .förutom den spektrala ordning m som upptagningen görs i, även totala antalet ritsar N på gittrets yta ingår. Produkten W -m kallas ibland gittrets "teoretiska upplösningsförmåga". l allmänhet är R, i praktiken mycket lägre än det värde som ekvation (7) anger.

Det är känt att det största möjliga utbytet vid diffi-aktionen i gitterytan erhållas för sådana våglängder som vid diffraktionen uppfyller villkoret för reflektion firån ritsamas reflekterande ytor. Man kan visa att den difiialrtíonsvinkel BO för vilken detta villkor är uppfyllt bestäms av uttrycket a+ßo =2-0 . Den våglängd 112, för vilken utbytet är högst, eller den sk. blaze våglängden i spektralordning m, kan beräknas från ekvation (1) med följande resultat: m-Åf, = d-[sin(a)+sin(ßo)] = d-[sin(a) + sin(2 - 0- a)] = 2-d-sin(0)-cos(ö) (8) där å: Ia- 61 = |0-ß°|. Ekvation (8) visar att det existerar en våglängd i varje spektralordning för vilken difii-alctionsutbytet har ett maximum. Detta utbyte kan vara så stort som 70%. Såsom visades i referens 4 (ekvationema (I)-(12)) är det våglängdsonrråde, från våglängden Aff" till våglängden 12” som varje spektralordning skall täcka för att erhålla såväl spektral kontinuitet som optimalt diflialrtionsutbyte, bestämd av ekvationema Ån"l'm=22.m1"1ï=ß'"_2 I rie" Z: ¶+ l” 12”- 11=11+ a; 2m-I 2m-l som även innebär ett något noggrannare uttryck för det fria spektralområdet, nämligen -”- 502 eva ,1° 1° , F11 = m 1 E 'r-ng-Ilh-gpfl 'Wïzïl Vid gränsvåglängdema är difiraktionsutbytet som lägst ungefär 40% av utbytet vid blaze- våglängden 112,. Detta innebär att eftersom ett stort våglängdsområde kan täckas in genom ett , flertal ordningsspektra, vart och ett innehållande en central blazevåglängd med ca 60 - 70%:s diffralctionsutbyte, kan echellespektra produceras med en diflialctionsutbyte som är högre än ca 25% i hela våglängdsontrådet. De unika egenskapema hos ett echelle spektrum, nämligen ett stort våglängdsområde med entydighet och högt difiraktionsutbyte, kan endast utnyttjas om ordningssorteraren kan separera de olika ordningsspektrema entydigt och med en tillnärmel- sevis likformig fördelning på detektorytan, vilket åstadkommes genom föreliggande uppfinning.

För den nämnda tillämpningen av samtidig registrering av stora våglängdsområden kan endast ordningssorterare av refiaktiv typ, dvs prismor användas. Ordningssorteringsenheten (13) åstadkommer en korsad vinkeldispersion dß, /dl i den spektrala detektom (l). Ordnings- sorterarens funktion kan förstås genom att betrakta fördelningen av ingångsöppningens avbildníng på fokalytan i den centrala blue-våglängden JP". Avståndet Lr, mellan ingångs- öppningens avbildningar i närliggande centrala blazevåglängder 32,, , i fokalplanet, ges av v d v d Åo Lr=fg"àåt'lritšfg'ífï'ï (10) där den spektrala detektoms etïektiva fokalavstånd, i ordningssorteringsertheteris dispersions- riktning betecknats med Pen-_ Eftersom spektralordningen m, i allmänhet, är mycket större än 1, har man i den senare delen i uttrycket (10) använt den approximativa delen av uttrycket (9').

Genom ekvation (8) för man då _ f ' .íßa 0 = ”z-d-sinfå-coqa) az 01") (n) Ekvation (1 l) visar att separationen Lr mellan ordningsspektrema skulle vara tillnârmelsevis konstant under förutsättning att den korsande vinkeldispersionen skulle kumta fås att uppfylla ekvationen får. _l_ (12) nu da V? scz ana -M- Konsekvensema av denna proportionalitet for det optiska materialets egenskaper kan ses genom att anta ett prisma med en liten brytande vinkel, betecknad med A, används, vilket ger oss möjlighet att, för materialets dispersion dn/dk, skriva: dß, aa d» 1 -~A-- _ _ 13 4,1 dina/ff ( ) För stora våglängdsområden, t.ex. från UV till NIR, existerar det inga optiska material med dispersionsegenskaper som uppfyller relation (13). Denna, av naturen givna olägenhet över- byggs genom föreliggande uppfinníng.

V1. 3. Upgfinningens matematiska samband Uppfinningen beskrivs nedan matematiskt for två huvudtyper av optisk uppställning. Dessa skiljer sig från varandra genom speglarnas montering. Sålunda innebär monteringen av Typ l att båda dessa speglars reflektionsplan, d.v.s. det plan som innehåller den centrala strålen såväl “före som efter reflektionen, är tillnännelsevis vinkelräta mot den riktning gittrets våglängds- spridning definierar vid speglarna. Om ej andra komponenter än diflialctionsgittret (14) och prismoma (l3l,l32, 133 osv) är placerade i strålgången mellan speglama är nämnda reflektionsplan for Typ I monteringen tillnärmelsevis parallella med gittrets ritsar.

Montering av Typ II innebär att nämnda reflektionsplan är tillnännelsevis parallella med den riktning gittrets våglängdsspridning definierar vid speglarna. Figur l visar exempel på en montering av Typ II medan Fig. 2 visar exempel på en montering av Typ I. I båda dessa typer av montering kan dessutom den ordningstöljd som ordníngssorteringsprismor och gitter bildar i strålgången vara godtyckligt vald. Nedanstående formler tillämpas med de i fonnlema ingående komponentavstånden definierade på ovan beskrivet sätt.

Optimering av de prismatiska komponenterna En ljusstråle som infaller mot ett prisma, exempelvis det izte prismat i strålgången mellan det forsta (12) och det andra (15) avbildande optiska organet, med infallsvinkeln ai bryts i prismat så att den utgående strålens utgångsvinkel, eller reíiaktionsvinkel ö; bestäms av uttrycket sin(<2) = sin(A,.)-\/n,.(Å)2 -sin2(a,.) - cos(A,.)-sin(a,) (14) __ sinuzt.) = sin-./~,t.u>* - s1n=[<-1>*~ w, - >] -”- l 7 502 809 där övriga ingående storheter definierats ovan. Då ljusstrålen efter passagen i det i:te prismat faller in mot det (i+1):sta prismat, blir dess infallsvinkel am relaterad till refi-aktionsvinkeln öi för det i:te prisrnat genom uttrycket at. = <-1>*~= w, - Aas) (15) där storheten NM anger den inbördes orienteringen mellan det i:te och det (i+l):a prismat. I Om, såsom visas i fig. 3a, ingen annan komponent befirmer sig mellan prismoma, är storheten NM vinkeln mellan den andra ytan i det i:te prismat och den första ytan i det (i+l):a prismat.

Konstanten k i ekvation (15) har därvid följande värden k,-+,=l då prismomas spetsar pekar åt samma håll. km=2 då prismomas spetsar pekar åt motsatt håll.

Efter att strålen passerat även det andra prismat bestäms dess riktning av följande ekvation me) -<=<>s<4+,>-sin[<-1>*~ w, - >] Utgångsvinkeln ÖN för det sista prismat N kan beräknas ur rekursionsformeln ovan med känne- dom om det optiska material varje ingående prisma är framställt av. Generellt kan man beteckna denna beräkning med följande funktion å” = å” (a,,A,,A,,..,AN,A', ,A',,..,A'~ ,n,()l),n2(Å),..,n,,,(/l.)) (17) För att väglängdsorrirådet, från XW* till KW enligt uppfinningen, skall avbildas, till sin fulla ut- sträckning, på en detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta (161), vars höjd betecknats med H, måste följande approximativa uttryck uppfyllas 6,,,(a,,Al,A,,..,A,,,A', ,A',,..,A',, ,n,(l'“"'),n,(,1“"°'),..,n,,(,1“'“))- 6,,(a,,A,,A,,,.,AN,A', ,A',,..,A'N ,n,(Åm),n,(¿'“”'),..,n~(¿"“")) (18) _ H-h " L; där storheten h betecknar höjden hos ingångsspaltens avbildning pâ detektorytan i riktning vinkelrätt mot gittrets dispersionsriktning. Storheten Pdf är det effektiva fokalavståndet med vars hjälp storleken av avbildningen på detektororganet (16) i riktning motsvarande ord- ningssorteringsenhetens (13) dispersion, kan beräknas. Denna storhet liksom den motsvarande 502 809 -w- storheten fficfl för beräkning av avbildningsstorleken i riktning motsvarande gittrets dispersion, anges av följande approximativa uttryck fa=f+1>~-<1--R-f¿á(-¿> och f"-.ff=f+DGF-<1-3,:f>-=°s (19) gällande för den optiska monteringen av Typ I. För den optiska montering av Typ II gäller i följande motsvarande approximativa uttryck: f".f=f+ß~--c<>s och f^.f=f+D.,F-<1-¿-|_¿¿fíb-)> (20) 1 uppfinningen ingår även att andra effektiva fokalavstånd kan användas likaväl som de som ekvationerna (19) och (20) anger. En god approximation kan i vissa fall vara att ersätta Pc, och Pdfmed fi ekvation (18) för båda typerna optisk uppställning Typ l och Typ Il.

För att åstadkomma en tillnärmelsevis likformig fördelning av ordningsspektrema använder ~man, enligt uppfinningen, följande villkor Å 2 _ âå,,(a,,A,,A2,..,AN,A', ,A', ,..,A'N ,n,(Å),n,,_(Ä),..,nN (11)) å* IM' z (21) Ä 2 _ 85,, (a,,A,,A,,..,A~,A'2 ,A', ,..,A',,, ,n,(Ã.),n2(Å.),..,nN(/l.))| b bl, där derivatorna, i avseende på våglängden k av funktionen SN i ekvation (17), beräknas vid tvâ våglängder k, och kb. Vâglängderna k, och k., kan vara godtyckligt valda antingen utanför spektralanordningens vâglängdsområde eller irmariför detsamma. Lämpligt är att välja dessa vid de våglängder där ett enda prisma använt som ordningssorterare ger stort respektive litet av- stånd mellan ordningsspektrema i fokalplanet. Det ingår även i uppfinningen att ekvationerna (18) och (21) tillämpas med för fackmannen uppenbara generaliseringar, förenklingar eller approximationer. En sådan modifiering av ekvationerna ovan erhålles genom att skriva om dessa approximativt utgående från antagandet att samtliga ingående vinklar är små. Ekvation (14) kan då skrivas i formen âi : Ai-IELÅQ-ai På samma sätt kan ekvation (16) skrivas som år. = Ai. -~,,.<1>- A. -~.»-<-1>*~- + «.-<-1>*~ +Azs -<-1>*~ (w) - 19 - , , 5 0 2 8 Û 9 Vid tillämpning av uppfinningen enligt ekvationema (18) och (21) kan vid beräkningen av SN rekursionsformeln (l6') utnyttjas i stället för den angiven av ekv (16) närhelst detta är önskvärt.

Som exempel illustreras ekvationemas (18) och (21) tillämpning på de i fig. 3 visade kombi- nationerna av prismatiska komponenter, enligt uppfinningen. Förutom med de i figuren visade storheterna skall tillämpning ske på följande sätt Med N=2, k,=2 för kombinationen enligt Fig. 3 a och 3 g.

Med N=3, kz=k3=2 för kombinationen enligt Fig. 3 b.

Med N=2, k,=2, A',=O, för kombinationen enligt Fig. 3 c.

Med N=3, k,=k,=2, A',=O, A',=O, för kombinationen enligt Fig. 3 d.

Med N=3, k,=k,=2, A',=O, A'3=0, A,=A,, n,(7t)znl(k), för kombinationen enligt Fig. 3 e.

Med N=5, k,=k_,=k,=k,=2, A,=A,, A4=A, , n,(7l.)-=-n,(Ä), n,(?t)-_-nz(l), A',=0, A',=0, A'4=0, A',=0, för kombinationen enligt Fig. 3 f.

I uppfinningen ingår ytterligare kombinationer av prismatiska komponenter för vilka samtliga ekvationema (18) och (21), eller för fackmannan uppenbara modifieringar eller generaliseringar av dessa, gäller.

Eliminering av astigmatism Eliminering eller reducering av astigmatism i åtminstone en punkt i fokalplanet är nödvändigt för att de individuella spektralordningarna skall kunna skiljas ifrån varandra så väl att den optiska överhörningen från ett ordningsspektrum till ett armat är så liten som möjligt, helst kommes genom en optimal placering av ingångsöppningen i förhållande till det första avbildandè optiska organet (12). Detta verkställs med hjälp av lösningen till generella ekvationer (ekvation (25) respektive (26) nedan) för de båda typerna av optisk uppställning I och H.

I dessa ingår en storhet Pi relaterad till de prismatiska komponenterna i ordningssorteraren.

Denna beräknas enligt följande funktionella samband _ cos(a,.)-cos(A,. -a',.) 2 P _[ cos(a', )- cos(ó',.) j och med (22) P0 21 ' 502 809 -N- där ai , öi och Ai är de ovan definierade vinkelstorhetema fór den i:te prismatiska kom- ponenten. Vmkelstorheterna cdi och ai är relaterade till varandra genom brytningsindex ni-Ot) på följande sätt sinufi ) = sin(ai)/ni (23) Ytterligare funktionella storheter som ingår i ekvationema (25) och (26) nedan är S ___ cos* (a) cosz (ß) H=[2.ni.ii0s(a)_¿i (24) Ri, r _i z-ni-FK _P,«i Rn'°°5(a) r __där, förutom de ovan definierade storhetema, även de tidigare definierade infalls respektive diffraktionsvinklarna ot och B for diffralctionsgittret, ingår. Då det första avbildande optiska organet (12) är fristående, såsom visas i figurema 1 och 2, skall ekvation (24) tillämpas med nii EFKEPKEI, för såväl monteringar av Typ l som av Typ ll.

I det fall då uppställningen av Typ I tillämpas med det forsta prismat (131) integrerat med den första spegeln (12) till ett prisrna av s.k. Fery-typ med reflekterande lcrökt baksida, skall ekvation (24) tillämpas med storheten nK angivande brytningsindex för det rnateñal nämnda prisma är framställt av. För detta fall beräknas PK ur ekvation (22) med index i ersatt med index K som anger nämnda prisma. I ekvation (22) används därvid storheter-na ax, AK, oüii och öii i stället for ai, Ai, cdi och öi. Storheten FK beräknas ur följande uttryck 2 _ coáAi-di) -- -= v E -[-----ccs(¿) J for 1 K,F (24) med index i=K. I en montering av Typ I kan astigrnatism, enligt uppfinningen, elimineras i en punkt på fokalytan om de ingående storhetema fór de optiska komponentema uppfyller följande ekvation '”' 502 809 2.", F, wsïbÜJr <=<>s íf Rs N _. 25 P,V];'l[1>, SJ! () ~ H :1-11-0 -s-H-D 1-V-Da,+V-2[(1-1>,)-D,-I]P,] a” “F í=l ' J=0 För det utförande, enligt uppfinningen, där den andra spegeln är fiistående, så som visas i fig. 2, skall ekv (25) tillämpas med PFEFFL-npsl.

I det fall då uppställningen av Typ I tillämpas med det sista prismat integrerat med den andra spegeln (15) till ett prisma av s.k. Fery-typ med reflekterande krökt baksida, skall ekvation (25) tillämpas med storheten n, angivande brytningsindex för det material nämnda prisma är framställt av. För detta fall beräknas PF ur ekvation (22) med index i ersatt med index F. l ekvation (22) används därvid storhetema ap, AF, of? och ö, i stället för oti, Ai, ot',- och ö, Storheten F F beräknas ur ekvation (24') med Ai, oüi och ö, ersatt med storheterna AF, off och ÖF. I ekvation (25) skall i som index i summa och produkt hänföras till de, från de avbildande organen, fiistående prismatiska komponenterna. För det fall då anordningen enligt uppfinningen tillämpas med endast två prismatiska komponenter (131) och (132), båda integrerade med var sitt avbildande organ (12) och (15), skall summan i ekvation (25) ha värdet 0 (noll) och produkten värdet 1 (ett).

För en montering av Typ II gäller motsvarande uttryck som, enligt uppfinningen, lyder __2_ 1 ws*(b)j+ <=°S(b) Ra. Ru - __ N - ~~ . 26 S, z H < > l-V-D .-S-V-D.. ~ H u, w I_H,DCF+H.Ä{(1_1DI_).DI_.HPIJ i= 1= Båda uttrycken (25) och (26) skall utvärderas med Pi, S, H och V beräknade enligt ekva- tionema (22), (23) och (24) för varje prisma med för detta gällande vinkelstorheter.

Ekvation (25) altemativt (26) används enligt uppfinningen tillsammans med, exempelvis ekvation (18) och (21) för att både åstadkomma en tillnärmelsevis likformig fördelning av ordningsspektrema och samtidigt eliminera eller reducera avbildningsfelet astigmatism. De 502 809 -n- prismatiska komponentemas storheter blir sålunda bestämda genom ekvationer-na (18) och (21) medan exempelvis ingångsöppningens läge bestäms genom lösning av ekvation (25) altemativt (26) i avseende på storheten r.

Fonneln (25) alternativt (26) kan även tillämpas i en approximativ form giltig då någon, några eller alla av interkomponentavstånden Di Dm, DPF eller DG, ej behöver beaktas d.v.s. kan ingå i ekvation (25) altemativt (26) med värdet 0, I det sistnänmda fallet, d.v.s. då samtliga interkomponentavstånd kan försummas, kan ekvationema (25) och (26) förenklas till 2-n, _ _F,__cos2(b) _ _” _ _ , --cos(b) (Rm _-Rn )+P,. V gips H (25) respektive 2 __l__cos2(b) _ = _” , --cos(b) (Ru _-Rn Jm V H gr; (26) Det ingår i uppfinningen att använda ekvation (25') altemativt (26') i stället för ekvation (25) altemativt (26), likaväl som uppenbara förenklingar eller generaliseringar av dessa, närhelst så är lämpligt. Ekvation (25') alternativt (26') skall tillämpas med de för ekavation (25) altemativt (26) beskriva substitutionema giltiga för de ovan beskrivna tillämpningsfallen. Vidare kan ekvation (25') alternativt (26') användas då elimineringen av astigmatism kan verkställas med ingångsspalten placerad på ett sådant avstånd r från det första avbildande organet (12) att strâlknippet för en viss våglängd i strålgången mellan nämnda organ och det andra avbildande organet (15) endast är obetydligt divergent eller konvergent.

Vidare ingår i uppfinningen det fall då någon eller några av dessa prismatiska komponenter integrerats med någon eller båda av de ingående speglama på ett sådant sätt som fig. 4 visar. I detta fall har spegelytan slipats in på baksidan av respektive prisma, som sålunda gjorts ref- lekterande.

Eliminering av koma Koma kan reduceras eller tillnärmelsevis elimineras genom att enligt uppfinningen ytterligare ett matematiskt samband krävs gälla för storheterna ovan. För den optiska uppställningen enligt typ I, med endast fiån de avbildande organen fiistående prismatiska komponenter lyder detta samband -”- 5o2 se9 tan(a)- cos'(a) _ [cos(a) + sin2(a) _ cos2(a)J _ Ru r Ru Ru , (27) mnun-wsüßy coäbyíz-cosia)_¿)_(c0s(a)ï_sin*(b)+ 0060,) z O Rzz Riz 7' °°5(ß) Rzi Rzz För den optiska uppställning av typ I där en prismatisk komponent integrerats med var sitt avbildande optiskt organ (12) och (15) på det sätt som Pig. 4 visar, kan följande uttryck för reducering av koma användas enligt uppfinningen nK -tan(a)-cos2(a)_ cos(A,_, -aK') _{cos2(a)_[1 _ 2-sin(a,¿)-cos(a) (n , I JJ+ sinz(a)}_ a, ma) R., <=<>s<«,'>-sin<«> ' »K 1:. n?-tan(b)-cos2(ß)_cos(a,.')_ cos2(b)_ l_ 2-sin(6,,.)-cos(b) (n __1_) _sin2(b) :o Rzz c°s(ar) Rzz c°5(Ar-' "arr')'sin(b) F nr Rzl (27') Om det första avbildande optiska organet (12) är fristående skall ekvation (27') tillämpas med nK_=.l, och med öK= K-oUK. Analogt, om det andra avbildande optiska organet (15) är fristående skall ekvation (27') tillämpas med nia-l, och med otfodf. För den optiska uppställningen enligt typ II gäller motsvarande uttryck sin(a)_(cos(a))3_[cos(a) l J R.. cosw) f -É :a§2.saua*. .¿_ 2 .«»««>2__L._ R" (cos(b)) icosw) [r Rn-cos(a)) (cosßm) RnJ-o _ (23) Ekvationema (27) och (28) används, enligt uppfinningen, tillsammans med ekvationerna (18), (21) och (25) altemativt (26) för att ytterligare förbättra den genom uppfinningen erhållna stigmatiska avbildningen samtidigt som en tillnärmelsevis likforniig fördelning av ordningsspektrema, enligt uppfinningen, åstadkommes. Det ingår i uppfinningen att ekvation (27) altemativt (28) kan användas i sådan form där, för fackmannen, uppenbara förenklingar, generaliseringar eller approximationer gjorts.

Val av den .spektrala deteklorns huvudparametrar Då man önskar konstruera en spektral detektor (1) enligt uppfinningen för en speciell detektorenhet (16), exempelvis en CCD-sensor, måste man utgå ifrån vissa initiala tekniska 502 era -24- krav ställda dels genom den spektrala detektorns tillämpning dels genom dimensionerna hos detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta (161). Oñast har detektoreiihetens ljuskänsliga yta (161) en rektangulär form med en bredd betecknad med D, och en höjd betecknad med H. Denna senare storhet ingår i sättet att, enligt uppfinningen, välja de prismatiska komponenterna med användande av ekvationema (18) och (21) alternativt (l8') och (2l'). Förutom detektorns dimension önskar man i allmänhet konstruera den spektrala detektorn för ett önskat, och därmed på förhand bestämt, våglängdsornråde från Xml” till Km". Ytterligare ställer tillämpningen i allmänhet krav på den s.k. spektrala upplösningstörrnågan R, definierad genom ekvation (6). Upplösningsfönnågan i våglängd Al kan beräknas ur den linjära dispersionen enligt ekv (5) som sålunda relaterar A1 till den linjära storheten A1. Denna storhet AI är på förhand given eftersom den år relaterad till sensoms rumsliga upplösningsförmåga. För en CCD-sensor är Al, i allmänhet, en multipel av bredden hos ett bildelement eller s.k. pixel . Ett vanligt val för A1 är exempelvis 3 pixelbredder. Beräknat man produkten R,-A1 fås då följande samband ~ _ _ _ rn-ffl; _ _sin(a)+sin(ß,,)_ ,, _ R, Al-R, --_-d_cos(ßo) M--_----cos(ßo) f .f -konstant (29) Eñersom ot, Bo och 91,5 är konstanter relaterade till spektralanordningens grundkonstruktion ar produkten R,-AI en för spektralanordningen karaktetistisk konstant.

Utgående fiân de givna storhetema, nämligen sensorytans bredd (D,), våglängdsonirådet (ÄN till XW), den spektrala upplösningsförmågan (R,) samt den mot denna svarande linjära storheten (A1 ) på sensorytan, skall enligt uppfinningen spektralanordningens effektiva fokal- avstånd Pg, (ekvationerna ( 18), (19) och (29)) diffraktionsgittrets storheter (d, 6) väljas genom att följande uttryck samtidigt tillnärmelsevis är uppfyllda min_Rr'N_l m ----Ds 2 (30) R,-AI *mwfififiiill-r" <3” l+ 'h -tan(9-a) 2°f ar flm-mm" =2-d-sin(l9)-cos(6-a)-(l+2 l ) (32) -m"“"+l l uttrycken ovan ingår mmm som anger spektralordningen för den längsta våglängden Nm samt vinkeln mellan gittrets blazevinkel och infallsvinkeln (G-ot). Denna ditïerens är i praktiken i intervallet -15- +15 grader. Det första uttrycket (ekvation (30)) skall därvid användas så att de ingående storheterna, exempelvis R, justeras så att den lägsta ordningen mm blir ett heltal. -”- 9 5o2tso9 Därefter kan blazevinkeln 6 beräknas ur den andra ekvationen och följaktligen gitterkonstanten ur den tredje ekvationen. En god forsta uppskattning av dessa storheter erhåller man genom att forsta gången beräkna dessa ur ekvationerna ovan med 9-ot=0 för att därefter justera de beräknade värdena med ett relevant värde på O-ot. Den tredje ekvationen innebär att sensorytan, enligt uppfinningen, utnyttjas maximalt.

Referenser 1. G. R. Harrison, I. Opt. Soc. Am. 39, 522 (1949) 2. A. Danielsson och P. Lindblom, Physica Scripta 5, 227 (1972) 3. Svenskt Pat. Nr. 359648. 4. « S. Engman, P. Lindblom och B. Sandberg, Physica Scripta 24, 965 (1981)

Claims (6)

1. 502 869 45' Patentkrav 1. Anordning for spektralanalys av optisk strålning fi'ån en ljuskälla, omfattande spektral- detektor (l) med ingångsöppning (10) för strålningen från ljuskällan, ett forsta avbildande optiskt organ (12), ett diflialctionsgitter (14) for våglängdsspridning av strålningen, ordnings- sorterande organ för separering av diffralctionsgittrets spektralordningar vilket organ sprider strålningen i en riktning tillnärmelsevis vinkelrätt mot difialttionsgittrets spridningsriktning, ett andra avbildande optiskt organ (15) samt ett detektororgan (16) for registrering av ljuskällans spektrum uppdelat i ordningsspektra genom nämnda ordningssorterande organ kännetecknad därav att nämnda ordningssorterande organ omfattar minst två av olika material framställda refi'ak- terande optiska komponenter (131, 132), vilka tillsammans med difiaktionsgittret (14) och de avbildande optiska organen (12, 15) är anordnade att samverka till en tillnärrnelsevis likformig fördelning av nämnda ordningsspektrer på detelctororganet (16) och en tillnärmelsevis stig- matisk avbildning av ingångsöppningen (10) i åtminstone en punkt på detektororganet.

2. Anordningenligtkravl kännetecknad därav attnämndaavbildande optiska organ (12, 15) är speglar med konkav ytforrn.

3. Anordning enligt något avkraven 1-2 kännetecknad därav att nämnda refralcterande optiska komponenter (131, 132) har prismatisk fonn och är anordnade så att åtminstone en komponents våglängdsspridning motverkar den andras.

4. Anordningenligtnågotavkraven 1-3 kännetecknad däravattdeti strål- gången mellan nämnda första avbildande organ (12) och nämnda andra organ (15) är placerad ytterligare åtminstone en prisrnatisk komponent.

5. Anordningenligtnågotavkmven2-4 kännetecknad därav attnämnda samverkan till en tillnärrnelsevis likformig fördelning av nämnda ordningsspektrer och en tillnärmelsevis stigmatisk avbildning, verkställs dels genom ingångsöppningens (10) placering i förhållande till nämnda forsta avbildande organ (12), dels genom val av nämnda prismatiska komponenters optiska egenskaper.

6. Anordning enligtnågotavkraven2-5 kännetecknad därav attnärnnda speglar med konkav ytforrn är monterade så att båda dessa speglars reflektionsplari, d.v.s. det plan som innehåller den genom spegelytans mittpunkt gående strålen såväl före som eñer retlektionen, är tillnärmelsevis vinkelräta mot den riktning nämnda ditfraktionsgittrets våg- -fi- H A so2isß9 längdsspridrzing definierar vid speglama, varvid, för uppnående av stigmatisk avbildning följande relation mellan de i den spektrala detektorn ingående komponentstorheterrza är uppfylld Z-n, _(_F¿_cos2(b) °°5(b) R2| Rzz P” "HR s H där 2 13 = fofa=1,2,.._ N0chi=1<,1= COSUIfl-TCOSÜÉ) Pošl ni _ cos2(a) _ cos2(ß) H___[2 nK-cos(a)_l:, Ru r V: Z-nK-FK _11 R|1'°°5(a) 7' 5 =í°°sšjsféçfq för 1=1<,F och där, R,,= krökningsradien for skärningslinjen mellan den andra spegelns (15) yta och dess reflektionsplan, R,2= krökningsradien fór skärningslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns mittpunkt vinkelrätt mot nämnda reflektionsplan, b = samma spegels lutningsvinkel innebärande vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande stråle och normalen mot spegelytan i samma punkt, DCG= avståndet en central stråle har att tillryggalägga från det första avbildande optiska organet (12) till diffraktionsgittret ( 14), 1.3 index som anger den i:te prismatiska komponent i ordning som ljuset passerar från det forsta (12) till det andra (15) avbildande optiska organet, varvid K som index anger att storheten hänför sig till den första, med nämnda första avbildande organ (12) integrerade prismatiska komponenten, F som index anger att storheten häriför sig till den sista, med nämnda andra avbildande organ (15) integrerade prismatiska komponenten, och i=l,2,...N som index anger att storheten hänför sig till de mellan nämnda organ (12, 15) fristående prismatiska komponenterna, avståndet en central stråle har att tillryggalägga från närtmda i:te prismatiska komponent till det andra avbildande optiska organet (15), = avståndet en central stråle har att tillryggalägga från difïralttionsgíttret (14) till det andra avbildande optiska organet (15), - avståndet en central stråle har att tillryggalägga från det första (12) till det andra (l 5) avbildande optiska organet, totala antalet gånger ljuset passerar, från de avbildande optiska organen fristående, prismatiska komponenter i ordningssorteringserilieten (13), brytningsindex för det optiska material som använts i fi-amställningen av nämnda i:te prismatiska komponent, infallsvinkeln, innebärande vinkeln mellan en infallande stråles riktning och nonnalen mot den forsta ytan i nämnda i:te prismatiska komponent, varvid a,- är positiv om nämnda stråle infaller på den sida av nämnda normal som är den motsatta i förhållande till den sida prismats spets definierar, vinkeln mellan den, efter refralction i den andra ytan av nämnda i:te prismatiska komponent, utgående strålens riktning och normalen mot nämnda yta, varvid ö, är positiv om nämnda stråle utgår på den sida av nämnda normal som är den motsatta i förhållande till den sida prismats spets definierar, den brytande vinkeln för nämnda i:te prismatiska komponent, innebärande vinkeln mellan nämnda komponents optiska ytor om båda ytoma är reíiakterande och två gånger nämnda vinkel om den ena ytan är reflekterande, vinkeln mellan den infallande strålningens riktning och norrnalen mot gitterytan vinkeln mellan den, efter diñiaktion, utgående strålningens riktning och normalen mot siflewtan, avståndet mellan ingångsöppningen ( 10) och det första avbildande optiska organet (12) krökningsradien för skärningslinjen mellan den första spegelns (12) yta och dess reflektionsplan, krökningsradien för skärningslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns mittpunkt vinkelrätt mot reflektionsplanet, samma spegels lutningsvinkel innebärande vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande stråle och norrnalen mot spegelytan i samma punkt. il - M 502 sta 7. Anordning enligt patentkrav 6 k ä n n et e c k n a d d ä r a v att närrmda relation för uppnående av stigmatisk avbildning tillämpas approximativt på följande sätt _z_"_'f_.f°__fäzib_)) p.V.Np-S.H wswifs. a. J” 8. Anordning enligt något av patentkraven 6-7 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att samtliga prismatiska komponenter (131,132,..) är från de båda avbildande organen ( 12, 15) fii- stående, varvid nämnda relationer tillämpas med nK=nF=FK=FF=PK=PF=L 9. Anordning enligt något av patentkraven 6-7 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den första prismatiska komponenten ( 131) är integrerad med nämnda forsta avbildande organ (12) medan samtliga övriga prismatiska komponenter (132, 133,..) är från nämnda andra avbildande organ (15) fristående, varvid nämnda relationer tillämpas med nF=F F=P,=1. _l0._ Anordningenligtnågotavpatentkraven6-7 kännetecknad därav attden sista prismatiska komponenten är integrerad med nämnda andra avbildande organ (15) medan samtliga övriga prismatiska komponenter (131,132,..) är från nämnda första avbildande organ (12) fiistående, varvid nämnda relation tillämpas med nK=F K=PK=1. 11. Anordningenligt patentkravó kännetecknad därav att den spektrala detektorn (1) innehåller två prismatiska komponenter (13l,132) varvid den ena (131) inte- grerats med det första avbildande organet (12) och den andra prismatiska komponenten (132) integrerats med det andra avbildande organet (15) varvid nämnda relation för uppnående av stigmatisk avbildning tillämpas i följande form z-n,._(_F¿_ws=(b)]+ V-P, z s-H Cosas) rg, Ru i-V-DC, r-H-DcG-s-H-DG, 12. Anordningenligtnågotavkraven2-5 kännetecknad därav attnämnda seglar med konkav ytform är monterade så att båda dessa speglars reflektionsplan, d.v.s. det plan som innehåller den genom spegelytans mittpunkt gående strâlen såväl före som efter ref- lektionen, är tillnärrnelsevis parallella med den riktning nämnda diñralctionsgitters våglängds- spridning definierar vid speglar-na, varvid, för uppnående av stigmatisk avbildning följande relation mellan de i den spelctrala detektorn ingående komponentstorheterna är uppfylld 502 809 ___[¿_ Ra. 2 cos(b) 30 c0s2(b))+ Ra N H- . s-V -n i-V-Dw-s-V-DG, z där °0S(<1.«)-°°S(f4.-~a'.-) P N i i-H-DCFHJ-Z D,- J i=l "- [(141)- II O J 2 J fóri=1,2,... N °°S(0'.»)-<=0S(ê) och där, Ru: Ru: krökningsradien för skârningslinjen mellan den andra spegelns (15) yta och dess reflektionsplan, krökningsradien for skâniingslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns rnittpunlct vinkelrätt mot nämnda reflektionsplan, samma spegels lutningsvinkel innebärande vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande stråle och nonnalen mot spegelytan i samma punkt, = avståndet en central stråle har att tillryggalägga från det forsta avbildande optiska organet ( l2) till ditïralctionsgittret (14), _ avståndet en central strâle har att tillryggalägga från diflralctionsgittret (14) till det andra avbildande optiska organet (15), - avståndet en central sträle har att tillryggalägga från det första (l2) till det andra (15) avbildande optiska organet, index som anger den izte prismatiska komponent i ordning som ljuset passerar från det första (12) till det andra (15) avbildande optiska organet, varvid i=l,2,...N som index 13. N i 6 502 809 anger att storheten hänför sig till de mellan nämnda organ (12, 1 S) fiistående prismatiska komponenterna, avståndet en central stråle har att tillryggalägga från nämnda i:te prismatiska komponent till det andra avbildande optiska organet ( 15), totala antalet gånger ljuset passerar, fi-ån de avbildande optiska organen fristående, prismatiska komponenter i ordningssorteringsenheten (13), brytningsindex för det optiska material som använts i framställningen av nämnda i:te prisrnatiska komponent, infallsvinkeln, innebärande vinkeln mellan en infallande stråles riktning och nonnalen mot den första ytan i nämnda i:te prismatiska komponent, varvid a, är positiv om nämnda stråle infaller på den sida av nämnda normal som är den motsatta i förhållande till den sida prismats spets definierar, vinkeln mellan den, efter refraktion i den andra ytan av nämnda i:te prismatiska komponent, utgående strålens riktning och nonnalen mot nämnda yta, varvid ö, är positiv om nämnda stråle utgår på den sida av nämnda normal som är den motsatta i förhållande till den sida prismats spets definierar, den brytande vinkeln för nänmda i:te prismatiska komponent, innebärande vinkeln mellan nämnda komponents optiska ytor om båda ytorna är refralcterande och två gånger närrmda vinkel om den ena ytan är reflekterande, vinkeln mellan den infallande strålningens riktning och nonnalen mot gitterytan vinkeln mellan den, efter difïraktion, utgående strálningens riktning och nonnalen mot sifiewtm avståndet mellan ingångsöppningen (10) och det första avbildande optiska organet (12) krökningsradien för skäntingslinjen mellan den första spegelns ( 12) yta och dess reflektionsplan, krökningsradien för skäntingslinjen mellan samma spegelyta och ett plan genom spegelns mittpunkt vinkelrätt mot reflektíonsplanet, samma spegels lutningsvinkel innebärande vinkeln mellan en mot spegelns mittpunkt infallande stråle och nomtalen mot spegelytan i samma punkt. Anordning enligt krav 12 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda relation för uppnående av stigmatisk avbildning används approximativt på följande sätt 14. 2 l cos2(b) _ _” miíïksyr” E” Anordningenligtnågotavkraven 1-13 kännetecknad därav att,för uppnående av tillnärmelsevis likformig fördelning av nänmda ordningsspektra på nämnda 502 809 '32- detektor (16), komponentvärdena för de i ordningssorteringsenheten (13) ingående refrakte- rande komponenterna (13 l ,l32,..) är valda så att följande relation är uppfylld a! 'íšåjßk = Äøz "âLLI/uz, där 5N= utgångsvinkeln, innebärande vinkeln mellan den efter refraktion i den andra ytan av det sista av de N prismor i ordning som ljuset passerar, utgående strålningen och nonnalen mot nämnda yta, 71. = en godtyckligt vald våglängd vid vilken den forsta derivatan i relationen beräknas, Äb= en liknande, från k, skild, våglängd vid vilken den andra derivatan i relationen beräknas. 15. Anordningenligtkrav 14 kännetecknad därav attnärnndavåglängderl, och X1, är valda vid tillnärmelsevis de våglängder där en enskild prisrnatisk komponent, använd som ordningssorterande enhet ( 13), resulterar i det största respektive det minsta avståndet mellan nämnda ordningsspektra på nämnda detektorenhet (16). 16. Anordning enligt något av kraven 1-15 k ä n n et e c k n a d d ä r a v att for fiillt ut- nyttjande av detektorenhetens ( 16) höjd följande relation är uppfylld - H - h 6 (zm-w-s 1"' =_- |~ Nr >| fd där Ä.““*=_ den längsta våglängden i den spektrala detektorns (1) våglängdsområde, Ä'“i“= - “den kortaste våglängden i den spektrala detektoms (1) våglängdsornråde, 8N(Ä““*)= nämnda utgångsvinkel för strålning med våglängden lm , öN(7L'“*“)= nämnda utgångsvinkel for strålning med våglängden lm, = höjden av detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta (161) i riktning tillnärmelsevis vinkelrätt mot gittrets (14) dispersionsríktning på nämnda yta, h= höjden av ingångsöppningens (10) avbildning på detektorenhetens (16) ljuskänsliga yta ( 161 ) i samma riktning, tvcf det effektiva fokalavstånd som beskriver storleken av avbildningen på detektorenhetens (16) nämnda yta ( 161) i riktning motsvarande ordningssorte- ringsenhetens (13) dispersion. -”- in 502 sne 17. Anordningenligtnågotavkraven 14-16 kännetecknad däravatt nämnda sista prismatiska komponent är integrerad med nämnda andra avbildande organ (15), varvid nämnda relationer tillämpas med nämnda utgångsvinkel SN ersatt med motsvarande utgångs- vinkel ö; beräknad för nämnda sista prismatiska komponent. 18. Anordningenligtnägotavlcraven 14-17 kännetecknad därav att nämnda utgångssvinkel beräknas ur följande rekursionsrelation, stf-mt» = snott.)- fniow' -sfin'[<-1>"~ w, - >] -c<>s-sin[<-1>*~ -ræ - A2.. >] där index i anger en i:te prismatisk komponent i strålgången mellan det första (12) och det andra (15) avbildande organet och index i+1 anger en i avseende på nämnda prismatiska komponent, i strålgången påföljande i+l :a prismatisk komponent, och där ytterligare A',,,,= vinkeln mellan de i strålgången närstående ytorna för nämnda i:te och i+1 :a prisma, k¿,,=l då nämnda i+l:a prismats spets pekar åt samrna håll som nämnda i:te prisrnats spets, lc,-+,=2 då nämnda det i+1 :a prismats spets pekar åt motsatt håll mot närrmda i:te prismats spets. 19. Anordning enligt krav 18 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda rekursions- relation är tillämpad i approximativ form enligt öm = Am -rr,,,(,t)- A,-n,(,t)-(-1)'~- +a,-(-1)*-+A',,,-(-1)*~1 20. Anordningenligtnågotavpatentkraven6-l9 kännetecknad därav att nämnda reflektionsplan för båda nänmda spegelytor (12,l5) med konkav ytform är tillnär- melsevis vinkeliäta mot den riktning nämnda diflralctionsgitters (14) vâglängdsspridning definierar vid speglarna, samt att nämnda refialctiva komponenter (13l,l32) är fristående fiån nämnda speglar (12,l5), varvid, för reducering av avbildningsfelet koma i avbildningen på den spektrala detektom (1), följande relation mellan de i den spektrala detektom ingående komponentstorhetema är uppfylld tan(a)- cos: (a) cos(a) + sin2(a) _ cos” (a)J_ Riz f Ru Rrz tan(b). cogxß). ÛOSUÛ. (2 . cos(a) _ (Cosßn) 2 / sirïzw) + conz (b) = 0 Ra: Rrz f c°5(ß) Rai Rzz 502 809 21. Anordningeriligtnågotavpatentlcraven 6-19 kännetecknad därav att nämnda reflektionsplan för båda nämnda speglar (12, 15) med korikav ytform år tillnännelsevis vinkelräta mot den riktning nämnda diffralctionsgitters (14) våglängdsspridning definierar vid speglama, samt att två av nämnda refraktiva komponenter (13l,l32) är integrerade med var sin av nänmda speglar (l2,15), varvid, för reducering av avbildningsfelet koma i avbildningen på den spektrala detektom (1), följande relation mellan de i den spektrala detektom ingående komponentstorhetema är uppfylld nx-tan(a)-cos2(a)_cos(AK-a,¿')_ cos2(a)_ l_2-sin(aK)-cos(a)_(n __l_J +sin2(a) _ Rlz c°5(5x) Ru coïazfysinia) K "x Ru n,.-tan(b)-cos2(ß)_cos(a,')_ cos2(b)_[l_ 2-sin(â,,.)-cos(b) _(n __l_)J_sin2(b)}=0 Ra cos(a) Ra wsoir--afwsfif-(b) ” »F RQ. 22. Anordning enligt patentkraven 21 k ä n n e t e c k n a d d â r a v att den första prismatiska komponenten (131) är integrerad med nämnda första avbildande organ (12) medan övriga prisrnatiska komponenter (l32,l33,..) är från nämnda andra avbildande organ fristående, varvid nämnda relation tillämpas med nF=1 och med aF=a',. 23. Anordning enligt patentkrav 21 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den sista prismatiska komponenten är integrerad med nämnda andra avbildande organ (15) medan övriga prismatiska komponenter (l3l,l32,..) är från nämnda forsta avbildande organ fristående, varvid nämnda relation tillämpas med nK=1 och med öK= K-oüx. 24. Anordningenligtnågotavpatentkraven6-l9 kännetecknad därav att nämnda reflektionsplan för båda nämnda speglar (12, 15) med konkav ytform är tillnännelsevis parallella med den riktning nämnda diflraktionsgitters (14) våglängdsspridning definierar vid speglarna, varvid, för reducering av avbildningsfelet koma i den spektrala detektorn (1), följande relation mellan de i den spektrala detektom ingående komponentstorhetema är vppfylld sin (a) {cos(a))3_ cos(a) _ _1_ + Ru CÛSÜJ) r RH sin(b)_ cos(ß) :_ _ l_ 2 _ cos(a) 2__l_ = Rzi [cos(b) (r RIVCOSÜÛ] Rai] 0 BS 5 5ø2 s09 25. Anordning enligt något av patentkraven 1-24 k å n n et e c k n a d d ä r a v att man med utgångspunkt från den spektrala detektoms (1) nämnda maximala våglängd (km), dess spektrala upplósningsfcärrnåga (R,), den mot den spektrala upplösningstönnågan svarande sträckan (AI) på detektom ( 16) samt nämnda bredd (D) hos nämnda detektors ljuskänsliga yta (161) i den riktning gittrets dispersion motsvarar på densamma, utnyttjar nämnda ljuskänsliga yta ( 161) optimalt genom att välja den spektrala detektoms (1) huvudparametrar så att följande relationer är uppfyllda mm = åfl 1 1+ RW” -mw-a) z AM-mmfl- -'n(æ-c0s(e-a)-(1+ 1, ) 2-m““"+1 FL' där mmifl= den spektralordning som den spektrala detektorns (1) kortaste våglängd KW" diffrakteras i, 6= diffralctionsgittrets blazevinkel, d.v.s. vinkeln mellan norrnalen mot gitterytan och nonnalen mot gitterritsamas reflekterande stegytor, d= diffralctionsgittrets gitteravstånd, ot= vinkeln mellan den irifallande strålningens riktning och normalen mot gitterytan, flgf det effektiva fokalavstând som beskriver storleken av avbildningen på detektorenhetens (16) nämnda yta (161) i riktning motsvarande gittrets ( 14) dispersion. 26. Anordning enligt något av patentkraven 16-25 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda reflektionsplan för båda nämnda speglar (12,15) med konkav ytforrn är tillnärmelsevis vinkelräta mot den riktning nämnda diflialctionsgitters (14) våglängdsspridning definierar vid speglama, varvid de i nämnda relationer ingående effektiva fokalavstånden Peñ- och the” uppfyller följande approximativa relationer fw =f+D~-<1-¿-_2(å@> och f".if=f+DG,.~-<1-2-¿š>-ws där f betecknar avståndet mellan det andra avbildande optiska organet (15) och detektorenheten (l 6). 502 sea ¥ 27. Anordningenligtnågotavpatentkraven 16-25 känneteckn ad därav att nämnda reflektionsplan för båda nämnda speglar (12, 15) med konkav ytform är tillnärmelsevis parallella med den riktning nämnda difli-alctionsgitters (14) våglängdsspridning definierar vid speglarna, varvid de i nämnda relationer ingående effektiva fokalavstånden Pdf och Fd, uppfyller följande approximativa relationer fflffifafßr-(l--zåå-wab) och f*-r=f+DGF-<1-¿T§o¿¶b-)> där f betecknar avståndet mellan det andra avbildande optiska organet (15) och detektorenheten (1 6). 28. Anordning enligt något av patentkraven 6-27 k ä n n e t e c k_n a d d ä r a v att nämnda forsta avbildande optiska organ (12) är en spegel med sfäriskt konkav ytform med krökningsradien R, varvid ovanstående fonnler tillämpas med R,,=R, ,=R1. "29. Anordning enligt något av patentkraven 6-28 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda andra avbildande optiska organ (15) är en spegel med sfäriskt konkav ytform med krökningsradien R, varvid ovanstående formler tillämpas med Rn=Rm=RT 30. Anordning enligt något av patentkraven 1-29 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone två av de prismatiska komponenterna har en gemensam optisk yta, innebärande att nämnda prismors två sidor är sarnrnanfogade så att de befinner sig i optisk kontakt med varandra. 31. Anordning enligt något av patentkraven 1-30 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone en av de prisrnatiska komponenterna har en yta reflekterande. 32. Anordning enligt något av patentkraven l-31 k a' n n et e c k n a d d ä r a v att åtminstone en av de prismatiska komponenterna är framställt av det optiska materialet litium fluorid (LiF) samt att en arman prismatisk komponent med motverkande våglängdsspridning är framställt av materialet barium lluorid (BaFz). 33. Anordning enligt något av patentkraven1-31 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone en av de prismatiska komponenterna är framställt av det optiska materialet med beteckningen LaK 31, eller av ett material med liknande dispersionsegenskaper, samt att en annan prismatisk komponent med motverkande våglängdsspridning är frarnställt av det optiska materialet med beteckningen SF 18, eller av ett material med liknande dispersionsegenskaper. 3"* i i 502 S09 34. Anordning enligt något av patentkraven 1-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskälla (l l) utgörs av en elektrisk bågurladdning 35. Anordning enligt något av patentkraven l-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskälla (1 1) utgörs av en elektrisk gnisturladdning. 36. Anordning enligt något av patentkraven 1-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskâlla (11) utgörs av en elektrisk glimurladdning. 37. Anordning enligt något av patentkraven 1-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v närrmda ljuskälla (l l) är sammansatt av en larnpa och ett kärl för vätske- eller gasformigt prov, varvid detektorenheten ( l) registrerar provets spektrala absorption. 38. Anordning enligt något av patentkraven 1-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskälla (1 I) utgörs av ett plasma åstadkommet antingen på elektrisk väg eller genom laserljus. 39. Anordning enligt något av patentkraven l-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskälla (l 1) utgörs av solen direkt eller dess ljus spritt i atmosfären. 40. Anordning enligt något av patentkraven 1-33 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda ljuskälla ( l 1) utgörs av en förbränningsflarruna. 41. Anordning enligt något av patentkraven l-33 k ä n n etec k n a d d ä rav att nämnda ljuskálla (1 l) utgörs av en krevad