[发明专利]光谱仪

说明书

本发明涉及一种光谱仪，所述光谱仪包括：壳体(11)，所述壳体(11)配置有：平面光栅(2)，所述平面光栅(2)布置为与所述壳体(11)的孔(1)相对并且相对于所述孔(1)的法线以小于45°的角度对准；物镜装置(6)；以及传感器元件(7)。所述孔(1)的尺寸被设计成使得平行于所述孔(1)的法线入射的电磁辐射完全辐射所述光栅(2)的表面。所述物镜装置(6)布置在所述光栅(2)和所述传感器元件(7)之间，以便将所述电磁辐射聚焦到所述传感器元件(7)上，使得仅将所述电磁辐射的通过所述光栅(2)衍射的第一级衍射或更高级衍射朝向所述物镜装置(6)和所述传感器元件(7)定向。

技术领域

本发明涉及光谱仪。

背景技术

从现有技术中已知各种要实现整体设置(setup)的小型化的光谱仪。例如，US 6870 619 B1公开了仅具有很少的光学元件的小型化光谱仪。然而，这种设置需要昂贵的曲面光栅、小孔和电光调制器。当在光栅的上游使用大量的光学元件(诸如镜子或透镜)时，散射光是主要问题。因此，在文献US 2012 0188542 A1中，使用了在进入孔下游的第二孔来界定入射光束。然而，这也限制了光谱仪的灵敏度。

发明内容

因此，本发明是基于提出一种避免所述缺点的光谱仪的目的，也就是说，利用该光谱仪可以使用尽可能少的光学元件来获得具有高灵敏度的小型化结构。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的光谱仪来实现。在从属权利要求中描述了有利的改进和发展。

所述光谱仪具有壳体，在壳体中布置有物镜装置、传感器元件和布置为与该壳体的孔相对的平面光栅。光栅相对于孔的法线以小于45°的角度对准。孔的尺寸被设计成使得在电磁辐射平行于孔的法线入射的情况下，光栅的表面被完全辐射。为了将入射的电磁辐射聚焦到传感器元件上，将物镜装置布置在光栅和传感器元件之间，使得将电磁辐射的仅通过光栅衍射的第一级衍射或更高级衍射定向在物镜装置和传感器元件上。

通过使用平面的光栅(也就是平面光栅)，可以容易地设计和安装结构部件。由于孔相对较大，因此非常精确地选择孔的尺寸，使得不会获得点光源，整个光谱仪是高灵敏的，这是因为许多电磁辐射入射在光栅上。这通过锐角进一步支持，锐角也有利于整个光谱仪的紧凑结构。特别地，在此，将整体辐射光栅理解为意指，光栅的面向孔的整个表面被入射的电磁辐射辐射。在此，可以将角度理解为从平面光栅的一表面开始到作为第二角度支边(leg)的孔的法线的对准以及从孔的法线到平面光栅的所述表面的对准。

入射的电磁辐射通常从孔穿过直接到达光栅上。由于不需要穿过其它光学元件(例如镜子或其它孔)，因此整个结构简单且紧凑，并且几乎不产生散射光。

孔可以具有至少在0.5mm和2.5mm之间的直径或宽度。该直径或宽度优选为1mm。孔本身可以是壳体中的矩形的(特别是正方形的)或圆形的开口。这允许利用相对较大的孔捕获尽可能多的电磁辐射。

光栅相对于法线对准的角度可以在5°和15°之间、优选地在7°和10°之间、特别优选地为7.5°，以使平坦的结构成为可能并且保持较低的空间需求。

孔与光栅之间的距离通常在1mm和40mm之间、优选地在10mm和30mm之间、特别优选地为20mm，因此，光谱仪具有相应紧凑的尺寸。

可以提出，光栅设置有涂层，该涂层反射入射的电磁辐射的至少90％、优选地至少95％、特别优选地至少99％，以便在传感器元件上实现足够高的强度。优选地，所述涂层包括铝或者所述涂层由铝制成。

物镜装置可以具有至少两个聚焦透镜，以确保对焦点的可靠设置。

物镜装置的焦距通常在1mm和4mm之间、优选地为2mm。