WO2013017457A1 - Spektrometer - Google Patents

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WO2013017457A1
WO2013017457A1 PCT/EP2012/064409 EP2012064409W WO2013017457A1 WO 2013017457 A1 WO2013017457 A1 WO 2013017457A1 EP 2012064409 W EP2012064409 W EP 2012064409W WO 2013017457 A1 WO2013017457 A1 WO 2013017457A1
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spectrometer
reflection grating
spectrometer according
exit surface
reflection
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PCT/EP2012/064409
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Hans-Jürgen DOBSCHAL
Jochen Müller
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating

Definitions

  • the present invention relates to a spectrometer, in particular a compact spectrometer.
  • spectrometers are used in a variety of applications, from the routine analysis in the laboratory on the process measuring to quality assurance in manufacturing.
  • many of these spectrometers have the disadvantage that they consist of a variety of optical and mechanical components that require a high assembly and adjustment effort, so that a cost-effective production is often not possible. Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a spectrometer which is compact, requires little adjustment and installation effort and has good optical performance parameters.
  • a spectrometer with a detector and a transparent body, which has an entrance surface and an exit surface on a front side of the body and a reflection grating on a rear side of the body, wherein a radiation beam entering the body via the entry surface at the reflection grating Reflected exit surface and thereby spectrally split and passes through the exit surface and hits the detector, and wherein the back is curved at least in the region of the reflection grating that upon reflection on the reflection grating, a focusing of the beam in the horizontal and vertical plane is effected.
  • the reflection grating focused in both the horizontal and in the vertical plane and thus has imaging properties, the number of optical components can be reduced. Furthermore, the spectrometer is extremely compact, since all the optically acting surfaces are formed on the transparent body and its front and rear sides. Thus, the adjustment and assembly costs are kept extremely low and the proportion of scattered light is relatively low.
  • the transparent body is designed, in particular, as a monolithic body and can be produced, for example, by a simple molding process, such as, for example, injection molding or injection-compression molding cost (especially in comparison to discretely constructed spectrometers) are produced.
  • the spectrometer according to the invention has a high resolution with simultaneously high entrance aperture.
  • the horizontal plane is preferably the plane in which the reflection grating causes the spectral splitting.
  • the exit surface can focus the beam when passing in the horizontal and the vertical plane.
  • the exit surface can also be used in particular as a correction surface, can be compensated with the aberrations of the spectrometer, which are in particular caused by the reflection grating.
  • the exit area can reduce astigmatism and / or spectral field curvature. This can cause them near the picture field in an advantageous manner.
  • the exit surface may be formed in particular as a free-form surface.
  • a free-form surface is here understood to mean a curved surface that is neither a sphere nor a rotationally symmetric asphere.
  • the entrance surface may be spaced from the exit surface or at least partially penetrate.
  • the entrance and exit surfaces may be part of the same area, e.g. the same freeform surface.
  • the entry surface may have a surface shape independent of the exit surface and be optimized separately in order to ensure the best possible optical performance parameters of the spectrometer.
  • the entry surface may be formed as a flat surface.
  • the beam path of the beam is folded exactly once from the entrance surface via the reflection grating to the exit surface. This folding is realized by reflection on the reflection grating.
  • the rear side of the transparent body is formed at least in the region of the reflection grating as a sphere, as a rotationally symmetric asphere or as a free-form surface. If the design is a free-form surface, there are additional degrees of freedom for optimizing the optical performance parameters of the spectrometer.
  • the transparent body having the curved front and back surfaces and the blazed structure of the reflection grating can be relatively easily formed by a molding process such as a molding process. Injection molding or injection-compression molding, are produced. This manufacturing process allows e.g. inexpensively the front side e.g. with the freeform surface for the exit surface, the back e.g. with the spherical surface or the free-form surface in the region of the reflection grating as well as the grating structures of the reflection grating in a single step.
  • the reflection grating can be formed, for example, as a holographic grating, which can be generated by means of a holographic standing wave method.
  • a deformed wavefront is used, thus providing a further degree of freedom of correction for improving the image.
  • the spectrometer according to the invention can be designed as a multi-channel spectrometer, wherein the channels are superimposed in the vertical direction.
  • the detector is preferably designed as an area detector, so that it can simultaneously record all channels spectrally resolved.
  • the spectrometer according to the invention is designed in particular for wavelengths from the visible wavelength range, ie for electromagnetic radiation having a wavelength in the range of 380-780 nm.
  • the spectrometer according to the invention can additionally or alternatively be designed for the UV range and / or the IR range.
  • the spectrometer may comprise a housing in which the detector and the transparent body are arranged.
  • the entrance slit can be formed on a wall of the housing.
  • Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of the spectrometer according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the entrance slit of the spectrometer in the case of a training as a multi-channel spectrometer
  • Fig. 3 is a schematic representation of the detector in the case of training as a multi-channel spectrometer.
  • the spectrometer 1 comprises a monolithic transparent body 2, a detector 3 and an entrance slit 4.
  • the body 2 has a front 5 and a back 6, wherein on the front side 5 an entrance surface 7 and an exit surface 8 are formed and on the back 6, a reflection grating 9 is formed.
  • the back 6 is formed spherically curved and the grating lines of the reflection grating 9 extend perpendicular to the plane of Fig. 1, wherein the reflection grating is formed as a blazed diffraction grating (the profile of the grating lines in a sectional plane parallel to the plane of Fig. 1 is thus sawtooth) ,
  • a beam S coming from the entrance slit 4 enters the transparent body 2 via the entrance surface 7 and travels to the reflection grating 9. Reflection of the beam S occurs towards the exit surface 8 at the reflection grating 9 reflected beam S exits through the exit surface 8 from the body 2 and on the detector 3, which may be here, for example, a CCD line hits.
  • the detector 3 which may be here, for example, a CCD line hits.
  • there is a spectral splitting of the reflected radiation beam S (here in the horizontal plane corresponding to the plane of the drawing).
  • the beam S is focused in the reflection both in the horizontal plane and in the vertical plane (here the plane perpendicular to the plane) and thus in the plane of the spectral splitting as well as in the plane perpendicular thereto, since the back 6 spherically curved is.
  • the reflection grating 9 is thus formed as an imaging grating.
  • the exit surface 8 causes a focus in the horizontal and in the vertical plane. Furthermore, the exit surface 8 serves to compensate or correct the astigmatism that occurs, in particular, due to the reflection at the reflection grating 9. Furthermore serves the exit surface 8 for reducing the spectral field curvature, since the detector 3 usually has no curvature, but is planar. These two corrections can advantageously be performed near the image field by means of the exit surface 8.
  • the exit surface 8 is designed as a free-form surface, this being understood in particular to mean a curved surface which is neither a sphere nor a rotationally symmetric asphere.
  • the freeform surface can be described by the following formula:
  • the free-form surface 5 is offset by 0.000 mm with respect to the reflection grating 9 in the x direction, by 0.000 mm in the y direction and by -28.242 mm in the z direction the y-axis extends perpendicularly out of the plane of the drawing according to FIG.
  • the spherical back has a concave curvature radius of 37.95 mm.
  • the spectrometer described here is designed for a spectral range of 365 to 900 nm, wherein the aperture at the entrance slit can be at most 0.2.
  • the transparent body can be made of plastic, glass or quartz. Its extension from the entrance surface 7 to the reflection grating 9 may be in the range 5-30 mm, in particular 5-25 mm and preferably 7-20 mm.
  • the blaze maximum is shifted to higher wavelengths, for example to 350 nm. This is advantageous for use of the spectrometer 1 for wavelengths greater than 350 nm.
  • the material of the transparent body 2 is selected.
  • Special glasses such as quartz or fluqspar or e.g. ordinary glasses, e.g. BK7, used for the transparent body 2.
  • the reflection grating may e.g. 1 500 to 2000 lines per mm.
  • the extent of the split spectrum at the detector 3 (in the direction d1) can be in the range of 5 to 10 mm, in particular in the range of 6 to 9 mm.
  • the entrance slit 4 is shown as a gap. However, it can also be formed, for example, by the exit-side end of an optical fiber.
  • the spectrometer described in Fig. 1 may be referred to as a single-channel spectrometer.
  • the entrance slit 4 can be formed, for example, by five superimposed (in the y direction) ends of optical fibers F1-F5.
  • the number of five optical fibers F1-F5 is only to be understood as an example. It can also be higher, for example 5-20 fibers and especially 1 0-20 fibers.
  • the detector 3 is then formed as a flat detector (as shown schematically in Fig. 3), wherein the individual channels in the y-direction superimposed and the spectral splitting for each channel in the direction d1 extends. The corresponding areas on the detector 3 for each channel are designated B1 to B5.
  • the separation of the optical fibers F1 -F5 into the individual regions B1 -B5 shown schematically in FIG. 3 is possible that the desired multi-channel spectrometer can be provided.
  • the detector surface is approximately 12.5 ⁇ 8 mm (in d1 and x direction) and the extension of the entrance slit in the x direction is 6 mm and in the y direction 0.07 mm.
  • a resolution with a half-width of less than 4 nm can be achieved.
  • the tenth value width is less than 5 nm in the middle and less than 6 nm at the edge.
  • the reflection grating may in particular be formed as a holographic grating, which is generated by means of a holographic standing wave method.
  • the transparent body 2 and the detector 3 can sit in a common housing (not shown).
  • the gap 4 may be formed in a wall of the housing.

Abstract

Es wird bereitgestellt ein Spektrometer mit einem Detektor (3) und einem transparenten Körper (2), der eine Eintrittsfläche (7) und eine Austrittsfläche (8) auf einer Vorderseite (5) des Körpers (2) und ein Reflexionsgitter (9) auf einer Rückseite (6) des Körpers (2) aufweist, wobei ein über die Eintrittsfläche (7) in den Körper (2) eintretendes Strahlenbündel (S) an dem Reflexionsgitter (9) zur Austrittsfläche (8) hin reflektiert und dabei spektral aufgespalten wird und durch die Austrittsfläche (9) tritt und auf den Detektor (3) trifft, und wobei die Rückseite (6) zumindest im Bereich des Reflexionsgitters (9) so gekrümmt ist, daß bei Reflexion am Reflexionsgitter (9) eine Fokussierung des Strahlenbündels (S) in horizontaler und vertikaler Ebene bewirkt wird.

Description

Spektrometer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometer, insbesondere ein kompaktes Spektrometer. Solche Spektrometer werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Routineanalytik im Labor über die Prozeßmeßtechnik bis zur Qualitätssicherung in der Fertigung. Viele dieser Spektrometer haben jedoch den Nachteil, daß sie aus einer Vielzahl von Optik- und Mechanikkomponenten bestehen, die einen hohen Montage- und Justieraufwand benötigen, so daß eine kostengünstige Fertigung oft nicht möglich ist. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Spektrometer bereitzustellen, das kompakt ist, einen geringen Justier- und Montageaufwand erfordert und gute optische Leistungsparameter aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Spektrometer mit einem Detektor und einem transparenten Körper, der eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche auf einer Vorderseite des Körpers und ein Reflexionsgitter auf einer Rückseite des Körpers aufweist, wobei ein über die Eintrittsfläche in den Körper eintretendes Strahlenbündel an dem Reflexionsgitter zur Austrittsfläche hin reflektiert und dabei spektral aufgespalten wird und durch die Austrittsfläche tritt und auf den Detektor trifft, und wobei die Rückseite zumindest im Bereich des Reflexionsgitters so gekrümmt ist, daß bei Reflexion am Reflexionsgitter eine Fokussierung des Strahlenbündels in horizontaler und vertikaler Ebene bewirkt wird.
Da das Reflexionsgitter sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene fokussiert und somit abbildende Eigenschaften aufweist, kann die Anzahl der Optikkomponenten verringert werden. Ferner ist das Spektrometer äußerst kompakt, da alle optisch wirkenden Flächen auf dem transparenten Körper bzw. seiner Vorder- und Rückseite ausgebildet sind. Damit wird der Justier- und Montageaufwand äußerst gering gehalten und ist der Streulichtanteil relativ gering.
Der transparente Körper ist insbesondere als monolithischer Körper ausgebildet und kann z.B. durch einen einfachen Abformprozeß, wie beispielsweise Spritzgießen oder Spritzprägen kostengünstig (insbesondere im Vergleich zu diskret aufgebauten Spektrometern) hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Spektrometer weist eine hohe Auflösung bei gleichzeitig hoher Eintrittsapertur auf.
Die horizontale Ebene ist bevorzugt die Ebene, in der das Reflexionsgitter die spektrale Aufspaltung bewirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Spektrometer kann die Austrittsfläche das Strahlenbündel bei Durchtritt in der horizontalen und der vertikalen Ebene fokussieren. Dadurch kann die Austrittsfläche auch insbesondere als Korrekturfläche eingesetzt werden, mit der Abbildungsfehler des Spektrometers, die insbesondere durch das Reflexionsgitter bedingt sind, kompensiert werden können. So kann die Austrittsfläche beispielsweise Astigmatismus und/oder spektrale Bildfeldkrümmung reduzieren. Dies kann sie in vorteilhafter Weise bildfeldnah bewirken.
Die Austrittsfläche kann insbesondere als Freiformfläche ausgebildet sein. Unter einer Freiformfläche wird hier eine gekrümmte Fläche verstanden, die weder eine Sphäre noch eine rotationssymmetrische Asphäre ist.
Die Eintrittsfläche kann von der Austrittsfläche beabstandet sein oder diese zumindest teilweise durchdringen. Insbesondere ist es möglich, daß die Eintritts- und Austrittsfläche Teil der selben Fläche, z.B. der selben Freiformfläche sind. Natürlich kann alternativ (insbesondere wenn die Eintritts- und Austrittsflächen voneinander beabstandet sind) die Eintrittsfläche eine von der Austrittsfläche unabhängige Flächenform aufweisen und separat optimiert sein, um möglichst gute optische Leistungsparameter des Spektrometers zu gewährleisten. Insbesondere kann die Eintrittsfläche als plane Fläche ausgebildet sein. Bei dem erfindungsgemäßen Spektrometer ist der Strahlengang des Strahlenbündels von der Eintrittsfläche über das Reflexionsgitter bis zur Austrittsfläche genau einmal gefaltet. Diese Faltung wird durch Reflexion am Reflexionsgitter realisiert.
Die Rückseite des transparenten Körpers ist zumindest im Bereich des Reflexionsgitters als Sphäre, als rotationssymmetrische Asphäre oder als Freiformfläche ausgebildet. Wenn die Ausbildung als Freiformfläche vorliegt, sind weitere Freiheitsgrade für die Optimierung der optischen Leistungsparameter des Spektrometers vorhanden. Das Reflexionsgitter ist insbesondere als geblaztes Beugungsgitter ausgebildet. Da das Gitter als Rückseitengitter verwendet wird, tritt eine Verschiebung des Blaze-Maximums um etwa den Faktor n (n = Brechzahl des transparenten Mediums und kann z.B. 1 ,5 betragen) zu höheren Wellenlängen auf, was in vielen Fällen der praktischen Anwendung entgegenkommt.
Der transparente Körper mit der gekrümmten Vorder- und Rückseite und der geblazten Struktur des Reflexionsgitters kann relativ einfach durch einen Abformprozeß, wie z.B. Spritzgießen bzw. Spritzprägen, hergestellt werden. Dieser Herstellungsprozeß erlaubt es z.B. auf preiswerte Weise die Vorderseite z.B. mit der Freiformfläche für die Austrittsfläche, die Rückseite z.B. mit der sphärischen Fläche oder der Freiformfläche im Bereich des Reflexionsgitters als auch die Gitterstrukturen des Reflexionsgitters in einem einzigen Arbeitsschritt herzustellen.
Das Reflexionsgitter kann beispielsweise als holographisches Gitter ausgebildet sein, das mittels eines holographischen Stehwellenverfahrens erzeugbar ist. Dabei kann z.B. eine deformierte Wellenfront verwendet werden, womit ein weiterer Korrektionsfreiheitsgrad zur Verbesserung der Abbildung vorliegt.
Das erfindungsgemäße Spektrometer kann als Mehrkanal-Spektrometer ausgebildet sein, wobei die Kanäle in vertikaler Richtung übereinanderliegen. In diesem Fall ist der Detektor bevorzugt als Flächendetektor ausgebildet, so daß er gleichzeitig alle Kanäle spektral aufgelöst aufnehmen kann.
Das erfindungsgemäße Spektrometer ist insbesondere für Wellenlängen aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich, also für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 380-780 nm, ausgelegt. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Spektrometer zusätzlich oder alternativ für den UV-Bereich und/oder den I R-Bereich ausgelegt sein.
Das Spektrometer kann ein Gehäuse aufweisen, in dem der Detektor und der transparente Körper angeordnet sind. Der Eintrittsspalt kann an einer Wandung des Gehäuses ausgebildet sein.
Es versteht sich , daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen , die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektrometers; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Eintrittsspaltes des Spektrometers im Falle einer Ausbildung als Mehrkanal-Spektrometer, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Detektors im Falle der Ausbildung als Mehrkanal- Spektrometer.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Spektrometer 1 einen monolithischen transparenten Körper 2, einen Detektor 3 sowie einen Eintrittsspalt 4.
Der Körper 2 weist eine Vorderseite 5 und eine Rückseite 6 auf, wobei auf der Vorderseite 5 eine Eintrittsfläche 7 und eine Austrittsfläche 8 ausgebildet sind und auf der Rückseite 6 ein Reflexionsgitter 9 ausgebildet ist.
Die Rückseite 6 ist sphärisch gekrümmt ausgebildet und die Gitterlinien des Reflexionsgitters 9 erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 , wobei das Reflexionsgitter als geblaztes Beugungsgitter ausgebildet ist (das Profil der Gitterlinien in einer Schnittebene parallel zur Zeichenebene von Fig. 1 ist somit sägezahnförmig).
Wie Fig. 1 entnommen werden kann, tritt ein vom Eintrittsspalt 4 kommendes Strahlenbündel S über die Eintrittsfläche 7 in den transparenten Körper 2 ein und läuft bis zum Reflexionsgitter 9. Am Reflexionsgitter 9 findet eine Reflexion des Strahlenbündels S zur Austrittsfläche 8 hin statt, wobei das reflektierte Strahlenbündel S über die Austrittsfläche 8 aus dem Körper 2 austritt und auf den Detektor 3, der hier beispielsweise eine CCD-Zeile sein kann, trifft. Bei der Reflexion am Reflexionsgitter 9 findet einerseits eine spektrale Aufspaltung des reflektierten Strahlenbündels S (hier in der horizontalen Ebene, die der Zeichenebene entspricht) statt. Andererseits wird das Strahlenbündel S bei der Reflexion sowohl in der horizontalen Ebene als auch in der vertikalen Ebene (hier die Ebene senkrecht zur Zeichenebene) und somit in der Ebene der spektralen Aufspaltung als auch in der dazu senkrechten Ebene fokussiert, da die Rückseite 6 sphärisch gekrümmt ist. Das Reflexionsgitter 9 ist somit als abbildendes Gitter ausgebildet.
Auch die Austrittsfläche 8 bewirkt eine Fokussierung in der horizontalen und in der vertikalen Ebene. Ferner dient die Austrittsfläche 8 dazu, den insbesondere durch die Reflexion am Reflexionsgitter 9 auftretenden Astigmatismus zu kompensieren bzw. korrigieren. Ferner dient die Austrittsfläche 8 zur Reduzierung der spektralen Bildfeldkrümmung, da der Detektor 3 in der Regel keine Krümmung aufweist, sondern plan ausgebildet ist. Diese beiden Korrekturen können vorteilhaft bildfeldnah mittels der Austrittsfläche 8 durchgeführt werden.
Damit die Austrittsfläche 8 diese optische Wirkung bereitstellt, ist sie als Freiformfläche ausgebildet, wobei hierunter insbesondere eine gekrümmte Fläche verstanden wird, die weder Sphäre noch eine rotationssymmetrische Asphäre ist. Die Freiformfläche kann mit der nachfolgenden Formel beschrieben werden:
66
\ + \ - (\ + k) - c2r2 j=2
mit j = [(m + n)2 + m + 3n]/2 + 1 und wobei in der nachfolgenden Tabelle für jeden Parameter Cj angegeben ist, welchen Wert er aufweist und welchem xy-Polynom er zugeordnet ist. So beträgt der Wert für den Parameter C13 -1 ,1589 10"4 für x2y2. Alle nicht in der Tabelle angegebenen Parameter Cj betragen Null.
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Figure imgf000007_0001
Unter der Annahme, daß der Koordinatenursprung im Scheitel der sphärischen Rückseite 6 liegt, liegt die Freiformfläche 5 bezüglich dem Reflexionsgitter 9 in x-Richtung um 0,000 mm, in y-Richtung um 0,000 mm und in z-Richtung um -28,242 mm versetzt, wobei sich die y-Achse senkrecht aus der Zeichenebene gemäß Fig. 1 heraus erstreckt.
Die konische Konstante k beträgt 2,4991 und der konkave Krümmungsradius R der Freiformfläche beträgt -7,71 1 mm, wobei c = 1/R.
Die sphärische Rückseite weist einen konkaven Krümmungsradius von 37,95 mm auf. Das hier beschriebene Spektrometer ist für einen Spektralbereich von 365 bis 900 nm ausgelegt, wobei die Apertur am Eintrittsspalt maximal 0,2 betragen kann. Der transparente Körper kann aus Kunststoff, Glas oder Quarz gebildet sein . Seine Ausdehnung von der Eintrittsfläche 7 bis zum Reflexionsgitter 9 kann im Bereich 5-30 mm, insbesondere 5-25 mm und bevorzugt von 7-20 mm liegen.
Durch die Ausbildung des Reflexionsgitters 9 als geblaztes Rückseitengitter, erfolgt eine Verschiebung des Blaze-Maximums zu höheren Wellenlängen, etwa zu 350 nm . Das ist vorteilhaft für eine Verwendung des Spektrometers 1 für Wellenlängen von größer als 350 nm.
In Abhängigkeit des Wellenlängenbereiches, für den das Spektrometer 1 ausgelegt ist, wird das Material des transparenten Körpers 2 gewählt. So können z.B. Spezialgläser wie Quarz oder Flu ßspat oder z.B. gewöhnliche Gläser, wie z.B. BK7, für den transparenten Körper 2 verwendet werden.
Das Reflexionsgitter kann z.B. 1 500 bis 2000 Linien pro mm aufweisen.
Die Ausdehnung des aufgespaltenen Spektrums am Detektor 3 (in Richtung d1 ) kann im Bereich von 5 bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 6 bis 9 mm liegen.
In der Ausbildungsform gemäß Fig. 1 ist der Eintrittsspalt 4 als Spalt dargestellt. Er kann jedoch auch beispielsweise durch das austrittsseitige Ende einer Lichtleitfaser gebildet sein.
Das in Fig. 1 beschriebene Spektrometer kann als Einkanal-Spektrometer bezeichnet werden.
Es ist jedoch auch als Mehrkanal-Spektrometer einsetzbar. In diesem Fall kann der Eintrittsspalt 4 beispielsweise durch fünf übereinanderliegende (in y-Richtung) Enden von Lichtleitfasern F1 -F5 gebildet sein. Die Zahl von fünf Lichtleitfasern F1 -F5 ist nur beispielhaft zu verstehen. Sie kann auch höher sein, z.B. 5-20 Fasern und insbesondere 1 0-20 Fasern. Der Detektor 3 ist dann als flächiger Detektor ausgebildet (wie schematisch in Fig. 3 dargestellt ist), wobei die einzelnen Kanäle in y-Richtung übereinanderliegen und die spektrale Aufspaltung für jeden Kanal in Richtung d1 verläuft. Die entsprechenden Bereiche auf dem Detektor 3 für jeden Kanal werden mit B1 bis B5 bezeichnet. Aufgrund der guten optischen Abbildungseigenschaften des transparenten Körpers 2 und insbesondere dessen geringem Astigmatismus aufgrund der Ausbildung der Austrittsfläche 8 als Freiformfläche ist die in Fig. 3 schematisch gezeigte Trennung der von den Lichtleitfasern F1 -F5 kommenden Strahlenbündel in die einzelnen Bereiche B1 -B5 möglich, so daß das gewünschte Mehrkanal-Spektrometer bereitgestellt werden kann. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform beträgt die Detektorfläche ca. 12,5 x 8 mm (in d1 - und x-Richtung) und beträgt die Ausdehnung des Eintrittsspaltes in x-Richtung 6 mm und in y- Richtung 0,07 mm. Es kann eine Auflösung mit einer Halbwertsbreite von kleiner als 4 nm erreicht werden. Die Zehntelwertsbreite beträgt in der Mitte weniger als 5 nm und am Rand weniger als 6 nm.
Das Reflexionsgitter kann insbesondere als holographisches Gitter ausgebildet sein, das mittels eines holographischen Stehwellenverfahrens erzeugt ist.
Der transparente Körper 2 und der Detektor 3 können in einem gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) sitzen. Der Spalt 4 kann in einer Wandung des Gehäuses ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Spektrometer mit
einem Detektor (3) und
einem transparenten Körper (2), der eine Eintrittsfläche (7) und eine Austrittsfläche (8) auf einer Vorderseite (5) des Körpers (2) und ein Reflexionsgitter (9) auf einer Rückseite (6) des Körpers (2) aufweist,
wobei ein über die Eintrittsfläche (7) in den Körper (2) eintretendes Strahlenbündel (S) an dem Reflexionsgitter (9) zur Austrittsfläche (8) hin reflektiert und dabei spektral aufgespalten wird und durch die Austrittsfläche (9) tritt und auf den Detektor (3) trifft,
und wobei die Rückseite (6) zumindest im Bereich des Reflexionsgitters (9) so gekrümmt ist, daß bei Reflexion am Reflexionsgitter (9) eine Fokussierung des Strahlenbündels (S) in horizontaler und vertikaler Ebene bewirkt wird.
2. Spektrometer nach Anspruch 1 , bei dem das Strahlenbündel bei Durchtritt durch die Austrittsfläche (8) in horizontaler und vertikaler Ebene fokussiert wird.
3. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Rückseite (6) zumindest im Bereich des Reflexionsgitters (9) sphärisch gekrümmt ist.
4. Spektrometer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rückseite (6) zumindest im Bereich des Reflexionsgitters (9) als Freiformfläche ausgebildet ist.
5. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Austrittsfläche (8) als Freiformfläche ausgebildet ist.
6. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Eintritts- und Austrittsfläche (7, 8) auf der Vorderseite (5) voneinander beabstandet sind.
7. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Eintrittsfläche (7) plan ausgebildet ist.
8. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Eintritts- und die Austrittsfläche (7, 8) sich zumindest teilweise durchdringen.
9. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Strahlenbündel im Verlauf von der Eintrittsfläche (7) bis zur Austrittsfläche (8) im transparenten Körper (2) genau einmal am Reflexionsgitter (9) reflektiert wird.
10. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Körper (2) als monolithischer Körper (2) ausgebildet ist.
1 1 . Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Austrittsfläche (8) Astigmatismus und/oder spektrale Bildfeldkrümmung reduziert.
12. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Spektrometer als Mehrkanal-Spektrometer ausgebildet ist und die Kanäle in vertikaler Richtung übereinanderliegen.
13. Spektrometer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Reflexionsgitter (9) als geblaztes Beugungsgitter ausgebildet ist.
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