(57)【要約】発明者らは、発光分光法（ＯＥＳ）及び他の用途向けの低コストで高性能かつコンパクトな設計の分光計が所望されていることを認識し、理解している。遮られていないシュミット反射器を備えた分光計が説明される。分光計は、シュミット補正器と、分散素子とを別個の構成要素として含む場合がある。代わりに、シュミット補正器及び分散素子は、単一の光学部品に結合される場合がある。分光計は、フィールドフラットナーレンズをさらに含んでよい。【選択図】図１
2021533378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学分光計であって、
開口と、
コリメータと、
エシェル格子と、
軸外シュミット望遠鏡と、
検出器と
を備え、
前記コリメータは、前記開口及び前記エシェル格子に光学的に結合され、
前記軸外シュミット望遠鏡は、前記エシェル格子及び前記検出器に光学的に結合され、
前記開口を通って前記分光計に入る光は、前記検出器に向けられ、
前記検出器に入射する光は、紫外線光スペクトル及び可視光スペクトルにわたって空間的に分離される複数の波長を含む、
前記光学分光計。
【請求項２】
前記軸外シュミット望遠鏡は、
シュミット補正器と、
分散素子と、
ミラーと
をさらに備える、請求項１に記載の光学分光計。
【請求項３】
前記ミラーは球面鏡を備える、
請求項２に記載の光学分光計。
【請求項４】
前記ミラー間に配置された視野平坦化レンズ
をさらに備え、
前記検出器及び前記視野平坦化レンズは、前記ミラーに光学的に結合される、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項５】
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は、前記プリズムの一面上の非球面である、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項６】
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は別個であり、前記プリズムから独立している、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項７】
前記シュミット補正器は反射ミラーである、請求項６に記載の光学分光計。
【請求項８】
前記検出器は、可視光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項９】
前記検出器は、紫外線光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１０】
前記検出器は、赤外光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１１】
前記プリズムは、ダブルパス反射プリズムである、
請求項４に記載の光学分光計。
【請求項１２】
前記分光計は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する、請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１３】
前記複数の波長は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍのスペクトル範囲にわたって空間的に分離される、請求項１に記載の光学分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、参照によりその全体が本明細書に援用される、２０１８年８月１０日に出願された「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＴＨＥＭ」と題する米国仮特許出願第６２／７１７，２５５号の優先権を主張する。
【０００２】
光の１つ以上の波長を選択するために使用し得る分光計の特定の構成が本明細書に説明される。
【背景技術】
【０００３】
光源から発せられた光または光源により調べられている試料によって発せられる光のスペクトルを検出することが望ましい多くの用途がある。分光計は、光のスペクトルを検出するために使用され得る。分光計は、従来、光を空間的に分解する検出器のアレイが、検出器のアレイの各検出器によって検出された光の量に基づいて光の波長を決定し得るように、異なる波長の光を空間的に分離するために光学素子の組み合わせを使用する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
広範囲の光（例えば、スペクトルの紫外線部分及び可視部分の両方）を検出することができる分光計は、通常大きく、光学経路の少なくとも一部分を狭帯域検出器に向けるために１つ以上の光スプリッタを有する複数の狭帯域検出器を使用する。いくつかの場合では、光スプリッタは、紫外線部分などの光の第１の部分の第１の検出器への通過を可能にし、可視部分などの光の第２の部分を第２の検出器に向けるハーフシルバーミラーである。他の場合では、光スプリッタは、光学経路の一部だけに間置されたフルシルバーミラーである場合があり、光の一部分（例えば、スペクトルの紫外線部分）だけを、限られた範囲の波長（例えば、紫外線波長だけ）に敏感な検出器に向け得る。一部の分光計は、光スペクトルのＵＶ部分を別個の検出器に向けるためにフラットミラーを使用する。他の分光計では、反射ミラーは、光の一部分が反射ミラーを通って第１の検出器に至り、一方光の残りの部分がミラーに反射し、第２の検出器に向けられるように穴を含む場合がある。いくつかの場合には、光の一部分がシュミット補正器によって補正されず、別個の検出器に向けられるように、穴はシュミット補正器内にある場合がある。しかしながら、光学素子のそのような組み合わせにより、分光計の設置面積は拡大し、そのため分光計は、大きい分光計が他の有用な計器に取って代わる場合がある、空間が制約された環境での使用には実用的ではない。さらに、光スプリッタまたは他の光学部品の使用によって、システムの全体的な光学効率が低下する場合がある。
【０００５】
本明細書に説明する１つ以上の態様は、性能を犠牲にすることなく、（２つの代わりに）単一の検出器でＵＶスペクトル及び可視スペクトルを同時に取り込む、軸外シュミット望遠鏡（またはシュミット望遠鏡を含む撮像システム）を備えたＯＥＳ用の分光計の光学設計及び／またはレイアウトに関する。分光計は、像平面に画像センサを含む場合があり、入射スリットでトランスポート光学部品のセットを通してプラズマ源と統合される場合がある。分光計の一例の試料検出可能範囲は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍ（±５％または±１０％）の波長範囲を含む場合がある。また、本明細書に説明する分光計アーキテクチャ及びイメージャは、撮像センサの数を削減しつつ、サイズの縮小及び／または光学効率の改善を実現し得る。１つ以上の例では、本明細書に説明する分光計は、（２つの検出器の代わりに）単一の検出器を使用して、性能に対する影響を最小限に抑えながら可視スペクトル及び紫外線スペクトル（例えば、１６７〜１２００ｎｍ）の部分を取り込むことによってより大きい光学効率を達成し得る。
【０００６】
１つ以上の態様によれば、本開示は、光学分光計に関する場合がある。分光計は、開口と、コリメータと、エシェル格子と、軸外シュミット望遠鏡と、検出器とを含む。コリメータは、開口及びエシェル格子に光学的に結合される。軸外シュミット望遠鏡は、エシェル格子及び検出器に光学的に結合される。開口を通って分光計に入射する光は、検出器に向けられる。さらに、検出器に入る光は、紫外線光スペクトル及び可視光スペクトルにわたって空間的に分離される複数の波長を含む。いくつかの実施態様では、複数の波長は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍのスペクトル範囲にわたって空間的に分離される。
【０００７】
いくつかの実施態様では、軸外シュミット望遠鏡は、シュミット補正器と、分散素子と、ミラーとをさらに含む場合がある。ミラーは、球面鏡である場合がある。いくつかの実施態様では、視野平坦化レンズは、ミラーと検出器との間に位置決めされる場合がある。視野平坦化レンズは、ミラー及び検出器に光学的に結合される場合がある。分散素子は、プリズムを含む場合がある。いくつかの実施態様では、シュミット補正器は、プリズムの１つの面上の非球面である場合がある。他の実施態様では、シュミット補正器は、別個であり、プリズムとは無関係である反射ミラーである場合がある。検出器は、紫外線光を検出するように構成される場合がある。検出器は、紫外線を検出するように構成される場合がある。検出器は、赤外光を検出するように構成される場合がある。プリズムは、ダブルパス反射プリズムを含む場合がある。いくつかの実施態様では、分光計は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する場合がある。
【０００８】
追加の態様、構成、実施形態、及び例は、より詳細に以下に説明される。
【０００９】
分光計及びその構成要素のある特定の構成は、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の態様による例の分光計を示す。
【図２】例の分光計に対応する例のエシェル分光写真を示す。
【図３Ａ】高スループットモードでの例の分光計のスループット及び可能な検出範囲の比較を示す。
【図３Ｂ】高スループットモードでの例の分光計のスループット及び可能な検出範囲の比較を示す。
【図４】同時動作モードでの例の分光計の予想されるＵＶスペクトル処理特性の比較を示す。
【図５Ａ】同時動作モードでの例の分光計の予想される可視光スペクトル処理特性の比較を示す。
【図５Ｂ】同時動作モードでの例の分光計の予想される可視光スペクトル処理特性の比較を示す。
【図６】エシェルの面外角度（例えば、ガンマ角度）を修正することに基づいた検出感度を示す。
【図７】スペクトル分解能の比較を示す。
【図８】Ａ〜Ｃは、シュミット望遠鏡の例を示す。
【図９】Ａ〜Ｄは、多様な遮るもののない反射シュミット望遠鏡設計の特徴を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図中の構成要素の正確な配列、サイズ、及び位置決めが、必ずしも縮尺通りではない、または必要とされないことが、本開示の利点を所与として、当業者によって認識される。１つの構成要素に対する別の構成要素の特定のサイズ及び角度は、構成要素、またはこの構成要素を含む光学分光計から所望の応答または出力を提供するために変化することができる。
【００１２】
分光計の特定の態様、構成、実施形態、及び例が説明されている。発明者らは、従来の分光計では、スペクトル重複が一般的に見られ、これにより精度が低下し、検出限界が下がり、最終的な像平面での分解能が制限される場合があることを認識し、理解している。さらに、従来の分光計は一般に大きく、これにより従来の分光計は、大きい分光計が他の有用な計器に取って代わる、空間が制約された環境で使用するには実用的ではない場合がある。したがって、発明者らは、発光分光法（ＯＥＳ）及び他の用途向けの低コストで高性能かつコンパクトな設計の分光計が所望されていることを認識し、理解している。
【００１３】
本明細書に説明する１つ以上の態様は、性能を犠牲にすることなく単一の検出器でＵＶスペクトル及び可視スペクトルを同時に取り込む、軸外シュミット望遠鏡（またはシュミット望遠鏡を含む撮像システム）を備えたＯＥＳ用の分光計の光学設計及び／またはレイアウトに関する。分光計は、像平面に画像センサを含む場合があり、入射スリットでトランスポート光学部品のセットを通してプラズマ源と統合される場合がある。分光計の一例の試料検出可能範囲は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍ（±５％または±１０％）の波長範囲を含む場合がある。
【００１４】
本明細書に説明する分光計の１つ以上の態様は、シュミット望遠鏡またはシュミット望遠鏡設計に関係する構成要素を含む場合がある。例えば、分光計はシュミット望遠鏡設計から遮られた凹面鏡を使用して、分光計の光学効率を高め得る。いくつかの態様は、以下の特徴、つまり１６７〜１２００ｎｍの波長分解範囲、（例えば、１９３ｎｍの波長でのＡｓ１９３ヒ素の場合の）５〜６ｐｍのスペクトル分解能及び分解能モードでのピークごとの１ポイント、現在の高分解能分光計の光学スループット、例えば１５μｍ平方ピクセルサイズを有する２８ｍｍｘ２８ｍｍ形式の検出器寸法のうちの１つ以上を有し、順次単色分光計よりも高速な測定を提供可能な分光計に関する。
【００１５】
さらに、本明細書に説明する分光計の１つ以上の態様は、１つ以上の非球面と、小型光学系と、エシェル格子とを含む場合がある。分光計により分解可能な波長を増加させることによって、本明細書に説明する分光計は、試料を分析する際に、単色分光計で連続測定を使用し、その試料を分析するよりもより高速になり得る。さらに、１つ以上の非球面を使用することによって、球形イメージャ及び放物線イメージャのみを使用する分光計に比較して、より高い分解能及び光学スループットを達成し得る。
【００１６】
１つ以上の例では、本明細書に説明する分光計は、反射素子／屈折素子のスリットサイズ、平面角度、光学パラメータ、センササイズなどの１つ以上を含むが、これに限定されるものではない設計の多様な態様を修正することによって、スペクトルの他の領域（例えば、赤外線）を取り込むために使用され得る。１つ以上の例では、本明細書に説明するＯＥＳシステムは、光源として誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とともに使用され得る。同様に、本明細書に説明するＯＥＳシステムは、光吸収分光法または任意の他の種類の分光法と使用され得る。
【００１７】
図１は、１つ以上の態様による例の分光計１００を示す。分光計１００は、開口１０１を有する（破線で示す）ハウジング１０９と、コリメータ１０２と、エシェル格子１０３と、分散素子１０４と、シュミット補正器１０５と、ミラー１０６と、視野平坦化レンズ１０７と、検出器１０８とを含む場合がある。複数の異なる波長を含む光などの光入力は、ハウジング１０９内の開口１０１を通して分光計１００に入る。いくつかの実施態様では、開口１０１はスリットである場合がある。いくつかの実施態様では、分光計１００は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分光計の一部である場合があり、開口１０１は、試料が試料導入装置を介してプラズマに注入される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する場合がある。試料導入装置は、トーチに流体結合される場合がある。誘導装置は、トーチ内の誘導結合プラズマを持続するためにトーチに無線周波エネルギーを提供し得る。開口１０１は、トーチ内の誘導結合プラズマに光学的に結合され得、トーチ内の誘導結合プラズマ内の分析対象種から発光を受光し得る。
【００１８】
開口１０１は、コリメータ１０２に光学的に結合される。光源からの初期光は、「０」と標識を付けた矢印で識別される。開口１０１に入る光は、開口１０１からコリメータ１０２を指す「１」と標識を付けた矢印によって、図１に示すようにコリメータ１０２に向けられる。コリメータ１０２は、エシェル格子１０３に光学的に結合される。コリメータ１０２に入射する光は、コリメータ１０２からエシェル格子１０３を指す「２」と標識を付けた矢印によって図１に示すように反射され、エシェル格子１０４に向けられる。エシェル格子１０３は、光の波長とほぼ同じ幅を有する複数の格子を含む典型的なエシェル格子である場合があり、入射光の回折を生じさせる。例えば、エシェル格子１０３は、反射格子である場合がある。反射格子を用いると、反射部分は光の大部分を対象となる所望の方向に（及び特定の回折次数に）散乱させるために傾けられる（ブレーズ加工）される場合がある。光の複数の波長の場合、同じ一般的な結果が生じるが、より高い次数のより長い波長はより短い波長の次の次数（複数可）と重複する可能性がある。エシェル格子では、この挙動は慎重に選択され、ブレーズは、複数の重複するより高い次数について最適化される。使用される正確なブレーズ角は、分光計のシステムレベルの仕様に依存する場合がある。エシェル格子から結果として生じる光出力は、異なっているが重複する波長範囲を有するストライプを含む。下流の光学素子は、エシェル格子の回折面に垂直な方向で空間的分離を提供して、分光計が受光する入射光入力に存在する光の各波長の検出を可能にし得る。
【００１９】
エシェル格子１０３は、分散素子１０４に光学的に結合される。エシェル格子１０３は、分散素子１０４から分散光を受光する。エシェル格子１０３に入射する光は、さらにスペクトル分散され、エシェル格子１０３から分散素子１０４を指す「３」と標識を付けた矢印で図１に示すように分散素子１０４に向けられる。いくつかの実施態様では、分散素子１０４はプリズムである場合がある。
【００２０】
分散素子１０４は、シュミット補正器１０５に光学的に結合される。いくつかの実施態様では、シュミット補正器１０５は屈折光学系である場合がある。いくつかの実施態様では、シュミット補正器１０５は、分散素子１０４と統合される屈折光学系である場合がある。シュミット補正器１０５は、分散素子１０４の一面での非球面である場合がある。そのような実施態様では、シュミット補正器１０５は、分散素子１０４とは独立し、分散素子１０４から分離した反射ミラーである場合がある。例えば、シュミット補正器１０５は（光が分散素子１０４を通過する）分散素子１０４の後方に位置決めされる、または追加の及び／または代替の光学系を備えた調整された構成で使用される反射ミラーである場合がある。別の例では、シュミット補正器１０５は、「３」と標識を付けた光路内の分散素子１０４の前に、または「４」と標識を付けた光路内の分散素子の後ろに配置された屈折構成要素である場合がある。さらなる実施形態では、シュミット補正器１０５は、「３」と標識を付けた経路を通して光を受光し、光を分散素子１０４に向け、分散素子１０４からの分散光を受光し、再びシュミット補正器１０５を通過する光を「４」と標識を付けた経路に向ける場合がある。
【００２１】
分散素子１０４は、ミラー１０６に（直接的に間接的に）光学的に結合される場合がある。分散素子１０４は、光を分散させる光学素子である場合がある。いくつかの実施態様では、分散素子１０４はプリズム、ダブルパス屈折プリズム、ダブルパス反射プリズム、反射格子、またはグリズムである場合がある。いくつかの実施態様では、分散素子１０４は、クロスディスパーザである場合がある。分散素子１０４の分散面の向きは、エシェル格子３０４からの光の分散面に垂直である場合がある。分散面のこの垂直な向きにより、以前に分散された光が再び分散されるが、異なる分散面で分散される交差分散効果が生じる。いくつかの実施態様では、ミラー１０６は球面鏡である場合もあれば、球面鏡の一部分を表す場合もある。
【００２２】
ミラー１０６は、フィールドフラットナーレンズ１０７に光学的に結合される。フィールドフラットナーレンズ１０７は、検出器１０８に光学的に結合される。ミラー１０６は、分散素子１０４からミラー１０６を指す「４」と標識を付けた矢印で図１に示すように、分散素子１０４／シュミット補正器１０５から分散光を受光する。ミラー１０６は、ミラー１０６から視野平坦化レンズ１０７を指す「５」と標識を付けた矢印、及び視野平坦化レンズ１０７から検出器１０８を指す「６」と標識を付けた矢印で図１に示すように、視野平坦化レンズ１０７を通して入射光を検出器１０８に反射する。検出器１０８は、検出器１０８に入射する光を空間的に分解できる任意の検出器である場合がある。いくつかの実施態様では、検出器１０８は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器である場合がある。検出器１０８に入射する光は、幅広いスペクトルにわたる波長を含み、それによって検出器１０８がより広範囲の光を検出できるようにする。
【００２３】
一例では、コリメータ１０２は、Ｆ値が６、焦点距離が２００ｍｍ、開口が約３５ｍｍ、及び軸外角度が１０〜１５度の軸外放物線を含む場合がある。エシェル格子１０３は、ＲＧＬモデル５３−＊−１２７Ｅである場合がある。エシェル格子１０３のブレーズ角は６３度である場合があり、８７  ｌ／ｍｍの溝密度を有する場合がある。さらに、分散素子１０４は、ダブルパス反射プリズムに結合されたシュミット補正器である場合がある。プリズムは、ＵＶグレードの石英ガラスである場合があり、１９度の頂角を有する場合がある。
【００２４】
図２は、本開示の１つ以上の態様による分光計に対応する例のエシェル分光写真２０１を示す。図１を参照し直すと、光などの光入力は、開口１０１を通って分光計１００に入る。いくつかの実施態様では、分光計１００は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分光計の一部である場合があり、開口１０１は、試料が試料導入装置を介してプラズマに注入される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する場合がある。試料導入装置は、トーチに流体結合される場合がある。誘導装置は、トーチ内の誘導結合プラズマを持続するためにトーチの中に無線周波エネルギーを提供する場合がある。開口１０１は、トーチ内の誘導結合プラズマに光学的に結合され得、トーチ内の誘導結合プラズマ内の分析対象種から発光を受光し得る。光が開口１０１を通って分光計１００に入った後、光のさまざまな波長は、分光計１００の多様な光学部品によって空間的に分離され、検出器１０８に向けられ、したがって分析対象種によって発せられた光の個々の波長が検出器１０８で検出され得る。エシェル分光写真２０１は、図１の検出器１０８などの検出器で、１６７ｎｍから８５０ｎｍを超えるスペクトル範囲にわたる発光強度を示す。
【００２５】
図３Ａは、分光計Ａ〜Ｃは従来の分光計であり、分光計Ｄは本願の一実施形態である、高分解能及び低分解能での分光計Ａ〜Ｃの、分光計Ｄの計算値との数値比較の表３０１を示す。分光計Ａについては、１つの分解能のみ示している。分光計Ａ〜Ｃの試料効率は、図１に説明する１つ以上の態様に従って実装された分光計Ｄの計算値と比較される。例えば、分光計Ｄの値及び効率は、ｆ／６のＦストップ及び２００ｍｍの有効焦点距離に基づいて計算される場合がある。分光計Ｂ〜Ｄについては、高分解能（より狭いスリット幅）動作及び低分解能（より広いスリット幅）動作と関連する値が示されている（分光計Ｄの値は計算されている）。表３０１の分光計Ｄの値は、スリット高さが２８０μｍ、ならびにスリット幅が、高分機能の場合１５μｍ及び低分解能の場合３０μｍに基づく場合がある。高分解能及び低分解能での分光計Ｄの総効率３０２は、分光計Ａ〜Ｄの総効率のそれぞれよりも高い。ＵＶスペクトル内のエシェル次数の範囲は十分に分離され、高光学スループット分光法に使用され得る。図３Ｂは、分光計Ａ〜Ｄの光学部品の多様な効率の表３０５を示す。
【００２６】
図４は、分光計Ａ〜Ｃが従来の分光計であり、分光計Ｄが本願の一実施形態である、分光計Ｄの計算値との分光計Ａ〜ＣのＵＶスペクトルの比較４０１を示す。分光計Ａについては、１つの分解能のみ示している。分光計Ｂ〜Ｄについては、高分解能（より狭いスリット幅）動作及び低分解能（より広いスリット幅）動作と関連する値が示されている（分光計Ｄの値は計算されている）。例えば、分光計Ｄのスリット高さが７２μｍであることで、すべてのエシェル次数は分解されると予想される。言い換えると、スリット高さは、すべてのエシェル次数が十分に分離されることを確実にするために選択される場合がある。ＵＶ波長のための同時モードの従来の分光計Ａと比較したスループット比は、３．１である。ＵＶ波長のための同時モードの従来の分光計Ｂと比較したスループット比は、０．７である。分光計Ｂに関してこの差を改善するための１つのオプションは、物理的な設置面積の中の余分な空間を使用して、波長の追加の処理または別個の処理を含めることである。λ＜４６０ｎｍの場合のエシェル次数は分解し得るので、１１０μｍの試料スリット高さで、従来の分光計に等しいスループットを達成し得る。このモードでのスリット高さは、高スループットモードよりも短い。高分解能及び低分解能での分光計Ｄの総効率４０２は、分光計Ａ〜Ｄについて見られた総効率よりも高い。
【００２７】
図５Ａは、可視スペクトル内の分光計Ｄの計算値との、分光計Ａ〜Ｃの動作の同時モードでの比較５０１を示す。７２μｍのスリット高さで、エシェル次数は分光計Ｄについて分解され得、スループットは、従来の分光計Ａ〜Ｃのスループットに類似する。可視次数も低分解能、高スループットモードで分離されない場合があるため、可視モードは、高スループットモードを有さない場合がある。図５Ｂは、分光計Ａ〜Ｄの光学部品の効率の比較５０２を示す。
【００２８】
図６は、分光計Ｂ及びＤについて計算された特定の波長のエシェル効率を含む表６０１及び６０２を示す。特定の波長は、試料中の多様な素子に対応する。表６０１では、エシェル効率（ブレーズ関数）が、８度で分光計Ｄのエシェル格子の面外角を修正することに基づいて計算される。表６０２では、エシェル効率（ブレーズ関数）が、９．５度で分光計Ｄ内のエシェル格子の面外角を修正することに基づいて計算される。また、表６０１及び表６０２は、特定の波長のそれぞれについて、分光計Ｂ対分光計Ｄのエシェル効率の比率も示す。
【００２９】
図７は、分光計Ｂは従来の分光計であり、分光計Ｄは本願の一実施形態である、一連の波長での表７０１の高分解能及び表７０２の低分解能でのスペクトル分解能の分光計Ｂと分光計Ｄとの間の予想される比較を示す。分光計Ｄの実験値は、図１に説明する１つ以上の態様に係る実施態様に対応する。図７に示す波長ごとの分解能の実験値は、スペクトルスリット幅の二乗平均平方根（ＲＳＳ）、ピクセル幅、最悪の場合の二乗平均平方根（ＲＭＳ）スポット半径（＝ピクセルサイズ）、及び線の物理的な幅である。また、高分解能モードは、図１のシステムを使用し、可視波長について可能である。
【００３０】
図８Ａ〜図８Ｄは、分散素子１０４がプリズムとして実装され、シュミット補正器１０５がプリズム上にある、図１に係る分光計の光学レイアウトを示す。図８Ａで、システム８０１は、１つの平面非球面補正器８０２と、球面鏡８０３とを含む場合がある。最大ｆ／１の速度及び最大８度の視野が可能である場合がある。屈折シュミット板は、すべての状況で使用可能ではないので、反射シュミット設計が使用され得、同様の性能を提供し得る。
【００３１】
図８Ｂで、システム８０５は、穴８０６ａ付きのシュミット反射器８０６と、フィールドフラットナー（ＦＦ）レンズ８０７と、反射器８０８と、検出器８０９とを含む場合がある。図８Ｂのシステムは、図８Ａのシステムと比較して、（ｆ／１．４からｆ／２．６へ）多少遅くなるが、類似した速度でより大きい視野を達成し得る。図８Ｂの例は、ｆ／２．６、有効焦点距離２００ｍｍの７度の視野を有する反射視野平坦化シュミットを含む場合がある。しかしながら、図８Ｂのシュミット設計における光路の不明瞭化は、それによりスループットが低下し、散乱が増加する（例えば、ノイズが増加する）ので望ましくない。
【００３２】
図８Ｃで、システム８１０は、不明瞭化を排除する軸外シュミット構成を示す。大まかに言って、速度の３分の１を達成し得る。例えば、システム８１０は、シュミット反射器８１１と、フィールドフラットナーレンズ８１２と、検出器８１３とを含む場合がある。
【００３３】
図９Ａ〜９Ｄは、多様な遮られていない反射シュミット設計の特徴を示す。図９Ａ〜図９Ｄのそれぞれは、シュミット反射器９０２、フィールドフラットナー９０３、及び検出器９０４を備えたシュミットシステムを示す。図９Ａ〜９Ｄでは、例えば、視野全体で８．０〜８．２μｍの二乗平均平方根スポット半径を使用し、達成できる最大視野が評価される。図９Ａでは、システム９０１は、遮られていない視野が平坦化された反射シュミット設計を使用し、Ｆストップがｆ／６の６７０ｍｍの有効焦点距離を有する場合がある。最大視野は３．７５度である場合がある。また、図９Ｂで、システム９０２は、Ｆストップがｆ／１２で６７０ｍｍの有効焦点距離を有する場合がある。最大視野は６．３度である場合がある。図９Ｃ及び図９Ｄで、両方の例ともｆ／６のＦストップを有する場合がある。図９Ｃでは、有効焦点距離は１０００ｍｍであり、最大３．９度の視野を生じさせる。図９Ｄで、有効焦点距離は１００ｍｍであり、最大１０度の視野を生じさせる。つまり、Ｆストップを上げると、視野が拡大する。また、焦点距離を短くすると、視野が拡大する。
【００３４】
例を上述しているが、それらの例の特徴及び／またはステップは、任意の所望の方法で結合、分割、省略、再配置、改訂、及び／または増強され得る。当業者は、多様な改変、修正、及び改善を容易に想到する。そのような改変、修正、及び改善は、本明細書に明示的に記載されていなくても本明細書の一部となることが意図されており、本開示の精神及び範囲内にあることが意図されている。したがって、上述の説明は単なる例であり、限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月9日(2021.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学分光計であって、
開口と、
コリメータと、
エシェル格子と、
軸外シュミット望遠鏡と、
検出器と
を備え、
前記コリメータは、前記開口及び前記エシェル格子に光学的に結合され、
前記軸外シュミット望遠鏡は、前記エシェル格子及び前記検出器に光学的に結合され、
前記開口を通って前記分光計に入る光は、前記検出器に向けられ、
前記検出器に入射する光は、紫外線光スペクトル及び可視光スペクトルにわたって空間的に分離される複数の波長を含む、
前記光学分光計。
【請求項２】
前記軸外シュミット望遠鏡は、
シュミット補正器と、
分散素子と、
ミラーと
をさらに備える、請求項１に記載の光学分光計。
【請求項３】
前記ミラーは球面鏡を備える、
請求項２に記載の光学分光計。
【請求項４】
前記ミラー間に配置された視野平坦化レンズ
をさらに備え、
前記検出器及び前記視野平坦化レンズは、前記ミラーに光学的に結合される、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項５】
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は、前記プリズムの一面上の非球面である、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項６】
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は別個であり、前記プリズムから独立している、請求項２に記載の光学分光計。
【請求項７】
前記シュミット補正器は反射ミラーである、請求項６に記載の光学分光計。
【請求項８】
前記検出器は、可視光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項９】
前記検出器は、紫外線光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１０】
前記検出器は、赤外光を検出するように構成される、
請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１１】
前記プリズムは、ダブルパス反射プリズムである、
請求項５に記載の光学分光計。
【請求項１２】
前記分光計は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する、請求項１に記載の光学分光計。
【請求項１３】
前記複数の波長は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍのスペクトル範囲にわたって空間的に分離される、請求項１に記載の光学分光計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
追加の態様、構成、実施形態、及び例は、より詳細に以下に説明される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
光学分光計であって、
開口と、
コリメータと、
エシェル格子と、
軸外シュミット望遠鏡と、
検出器と
を備え、
前記コリメータは、前記開口及び前記エシェル格子に光学的に結合され、
前記軸外シュミット望遠鏡は、前記エシェル格子及び前記検出器に光学的に結合され、
前記開口を通って前記分光計に入る光は、前記検出器に向けられ、
前記検出器に入射する光は、紫外線光スペクトル及び可視光スペクトルにわたって空間的に分離される複数の波長を含む、
前記光学分光計。
（項目２）
前記軸外シュミット望遠鏡は、
シュミット補正器と、
分散素子と、
ミラーと
をさらに備える、項目１に記載の光学分光計。
（項目３）
前記ミラーは球面鏡を備える、
項目２に記載の光学分光計。
（項目４）
前記ミラー間に配置された視野平坦化レンズ
をさらに備え、
前記検出器及び前記視野平坦化レンズは、前記ミラーに光学的に結合される、項目２に記載の光学分光計。
（項目５）
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は、前記プリズムの一面上の非球面である、項目２に記載の光学分光計。
（項目６）
前記分散素子はプリズムを備え、
前記シュミット補正器は別個であり、前記プリズムから独立している、項目２に記載の光学分光計。
（項目７）
前記シュミット補正器は反射ミラーである、項目６に記載の光学分光計。
（項目８）
前記検出器は、可視光を検出するように構成される、
項目１に記載の光学分光計。
（項目９）
前記検出器は、紫外線光を検出するように構成される、
項目１に記載の光学分光計。
（項目１０）
前記検出器は、赤外光を検出するように構成される、
項目１に記載の光学分光計。
（項目１１）
前記プリズムは、ダブルパス反射プリズムである、
項目４に記載の光学分光計。
（項目１２）
前記分光計は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムから光を受光する、項目１に記載の光学分光計。
（項目１３）
前記複数の波長は、約１６７ｎｍ〜約１２００ｎｍのスペクトル範囲にわたって空間的に分離される、項目１に記載の光学分光計。
【国際調査報告】
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2021533378.tif 000015
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