CH416146A - Beugungsgitteranordnung zur Abtastung eines Spektrums - Google Patents

Description

  



  Beugungsgitteranordnung zur Abtastung eines Spektrums
Die Erfindung betrifft eine   Beugungsgitteranord-      nung    zur Abtastung eines Spektrums, enthaltend drehbare Gitterhalterungsmittel und eine Mehrzahl von Gittern auf diesen Halterungsmitteln.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung so   auszubilden, dass    die verschiedenen Gitter bei der Abtastung des Spektrums nacheinander und jeweils in der richtigen Winkelstellung zur Wirkung kommen, wobei die Verschwenkung der Gitter nach Massgabe einer der Wellenzahl proportionalen Eingangsgrösse erfolgt.



   Die Erfindung besteht darin, dass   Betätigungsmit-    tel zur Verschwenkung der Halterungsmittel nach einer   Kosekansfunktion    von einer   Eingangsgrösse    vorgesehen sind, wobei diese Betätigungsmittel ein lineares Stellglied und eine Mehrzahl von Tastarmen aufweist und jedes Gitter durch einen dieser Tastarme steuerbar ist, indem die Tastarme einzeln nacheinander an das lineare Stellglied anlegbar sind, und dass das Stellglied nach Massgabe der Eingangs  grösse    längs einer durch die Schwenkachse der Gitter verlaufende Linie verstellbar ist, wodurch die verschiedenen Gitter nacheinander um ihre jeweiligen   Abtastwinkel verschwenkbar    sind.



   Zwei Ausführungsbeispiele der   erfindungsgemäs-    sen Anmeldung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben :
Fig.   1    ist eine schematische Darstellung eines Gittermonochromators mit einem Kosekansantrieb.



   Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zweier drehbar gelagerter Gitter, mit getrennten Kosekansantrieben.



   Fig. 3 ist eine Oberansicht einer beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemässen Anord  nung    im Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 4.



   Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 3.



   Fig.   5-7    zeigen verschiedene Stellungen der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 während des Umschaltvorganges und
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer anderen   Ausführungsforrn    der Erfindung, die dazu dient, ein Gitter so zu verdrehen, dass Strahlung ver  schiedener    Ordnung abgetastet werden kann.



   Die Theorie des Kosekansgetriebes ist aus Fig.   1    ersichtlich, welche einen Monochromator mit einem Eingangsspalt 10, einem Ausgangsspalt 12, einen   Kollimatorspiegel    14 und ein drehbares   Beugungsgit-    ter 16 zeigt. Ein Strahlenbündel 18 tritt in den Monochromator durch den Eingangsspalt 10 ein, wird durch den Spiegel 14 parallelgerichtet und auf die Oberfläche des Gitters 16 gelenkt. Die gebeugte Strahlung der gewünschten Wellenlänge wird dann als monochromatisches Bündel 20 von dem Spiegel 14 auf den Ausgangsspalt 12 reflektiert.



   Das Gitter 16 ist so gelagert, dass, es um den Schwenkpunkt 22 drehbar ist. Das kann mittels eines Hebelarmes a geschehen, welcher eine Verlängerung 24 im rechten Winkel dazu besitzt. An, der Verlängerung 24 liegt ein Antriebszapfen 26 an, welcher linear längs der Führung 28 bewegt wird. Man sieht nun, dass der Abstand h zwischen dem Drehpunkt 22 und Zapfen 26 die Hypothese eines rechtwinkligen Dreiecks darstellt. Während dieser Abstand/ h sich ändert, bleibt der Arm a in seiner Länge konstant.



  Infolgedessen ist der Kosekans h a des spitzen Winkels bei 26 stets proportional dem Weg des Zapfens 26. Da die Drehung des Gitters 16 die gleiche ist, ob es nun an dem Arm a oder der Verlängerung 24 befestigt ist, steht diese Drehung in einer Kosekansbeziehung zu dem   Stellweg h.   



   Fig. 2 zeigt ein Gerät, welches im Prinzip ähnlich dem nach Fig.   1    ist, aber so ausgebildet, dass es zwei verschiedene Gitter verschwenkt. Bei dieser   Ausfüh-      rungsform    wird das Gitter 16 in genau der gleichen Weise gesteuert, wie in Fig.   l.    Jedoch ist dort ein  überlagerter Mechanismus zur Steuerung eines zweiten Gitters 30 nach einer anderen   Kosekansfunktion    vorgesehen, die auch in direkter Beziehung zu h steht. Die beiden   Kosekansfunktionen    stehen über einen Faktor miteinander in Beziehung, welcher von dem Verhältnis   c/6    abhängt.

   Die Armlängen a und   b    stehen in dem gleichen Verhältnis zueinander wie die    e    Anzahl der Striche pro Längeneinheit auf den Gitteroberflächen.



   Der in Fig. 2 schematisch dargestellte   Mechanis-    mus würde für einen tatsächlichen Monochromator unbrauchbar sein. Das liegt daran, dass die Gitter unterschiedliche Lagen im Raum einnehmen und würden sich entweder abschatten oder komplizierte optische oder mechanisch Anordnungen verlangen, um brauchbar zu sein.



     EinX Ausführungsbeispiel    der erfindungsgemässen Anordnung, welches das in Fig. 2 dargestellte Prinzip erfolgreich anwendet, ist aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Diese Darstellungen zeigen einen   Gitterträ-    ger mit einem Tisch 32 und Klammern 34 zur Halterung von zwei Gittern 16, 30, die Rücken-gegen Rücken angeordnet sind. In der dargestellten Anondnung wäre das Gitter 16 in dem vom   Kollimator-    spiegel ausgehenden Strahlenbündel angeordnet. Der Tisch 32 und die zugehörigen Gitter sind um eine vertikale Welle 22 drehbar. In Antriebsverbindung mit dem Tisch 32 steht ein Steuerglied 36. Auf dem    m    Glied 36 sind genau konstruierte Führungsarme 38 und 40 vorgesehen.

   In Fig. 2 erkennt man, dass der Führungsarm 38 das Aquivalent der Verlängerung   24    darstellt, welche mit dem Gitter   16    durch einen Arm a verbunden ist. Da das Glied 36 steif ist, sieht man, dass die Verlängerung von 24 stets von der Welle 22 um einen Betrag entfernt ist, welcher a genannt werden kann.



   Mittels einer Antriebsschraube 28 ist ein An  triebszapfen    26, der auf einem beweglichen Schlitten 42 angeordnet ist, linear bewegbar. Diese Schraube 28 wird von einer Antriebswelle 44 über ein Getriebe   46    gesteuert. Man sieht, dass der bisher beschriebene Mechanismus des funktionelle Äquivalent des in Fig. 1 dargestellten ist, wobei der Abstand zwischen Zapfen 26 und Welle 22 proportional h ist. Eine Welle 47 dient als Führung und gewährleistet die richtige Ausrichtung des Schlittens 42.



   Der Kontakt zwischen dem Tisch 32 und dem Glied 36 wird mittels einer Druckfeder 48 aufrechterhalten, welche von einem Stift 50 derart in ihrer Lage gehalten wird, dass sie eine Kraft zwischen einem   L-förmigen    Arm 64 auf dem Tisch 32 und einem Winkel 54 ausübt, der mittels eines Zapfens 58 , drehbar auf einem   Bereichswechseltisch    56 gelagert ist. An dem Ende des Stiftes 50 ist ein Anschlag 60 befestigt. Die Zusammendrückung der Feder zwingt den drehbaren Tisch, dem Winkel 52 auf dem Steuerglied 36 zu folgen, wie unten noch ausführlicher erläutert werden wird.



   Die Darstellungen von Fig.   5-7      veranschauli-    chen den Mechanismus im Detail und erläutert die Wirkungsweise der   Gitterumschaltung.   



   In Fig. 5 sieht man,, dass der Zapfen 26 sich längs der Schraube 28 vorwärtsbewegt hat, gefolgt von dem Arm 36 und dem Gitten 16 bis zu einem Punkt, an welchem das Gitter nicht mehr brauchbar ist.



  Während dieser Periode ist der Tisch   32-mit    seinen Gittern 16,   30-gezwungen    worden, der Bewegung des Zapfens 26 zu folgen, und zwar mittels der Feder 48, welche über das Zwischenglied 62 und den   L-för-    migen Arm 64 einen Druck auf eine Einstellschraube 66 ausübt, die in einem Winkel 52 geführt ist. Der Arm 64 ist mittels Schrauben 68 und 70 fest mit dem Tisch   32    verbunden. Die Schraube 70 dient auch als Schwenkzapfen zwischen dem Zwischenglied 62 und dem Arm 64.



   Wenn der Zapfen 26 die dargestellte Lage erreicht, berühren Finger   72    des Schlittens 42 Mikroschalter 74, welche den Bereichsmotor 76 betätigen.



  Der Motor 76 treibt die Scheibe 56 entgegen dem Uhrzeigersinn an (wie in Fig.   5-7) dargestellt    ist.



  Der Winkel 54, welcher an dem Anschlag 60 anliegt, bewirkt, dass der Tisch 32 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wobei der Arm 64 von der Schraube 66   abge-    hoben wird. Dieser Vorgang setzt sich fort bis zu der in Fig. 6 dargestellten Totpunktlage. In diesem Punkt zwingt ein Gummieinsatz 78 am Rande der Scheibe 56 den Tisch 32 über den Totpunkt hinaus. Die fortgesetzte Drehung der Scheibe 56 bewirkt dann, dass die Feder 48 die Drehbewegung des Tisches 32 im Uhrzeigersinne fortsetzt, bis die Lagen der Gitter 16, 30 umgekehrt und der Arm 64 gegen eine   Einstell-    schraube 80 gedrückt wird, die in einem am Arm 36 befes, tigten Winkel 82 geführt ist, ähnlich wie bei dem Winkel 52.

   Das zwingt den Arm 36 sich im Uhrzeigersinn zu drehen, wobei der Führungsarm 38 von dem Zapfen 26 abgehoben und der   Fuhrungsarm    40 gegen den Zapfen gepresst wird.



   Man sieht nun, dass die Beziehungen zwischen dem Zapfen   26,    dem Führungsarm 40 und dem Gitter 30 analog denen sind, die in Fig. 2 bestehen, in welcher Teil 82 dem Führungsarm 40 entspricht und der Abstand der Verlängerung des Armes 40 von dem Schwenkpunkt 22 ist äquivalent dem Schenkel   b    des entsprechenden Dreiecks. Es werden somit zwei Gitter gleichzeitig so eingestellt, dass im Umschaltpunkt das neue Gitter richtig zu der auffallenden Strahlung ausgerichtet ist. Weiterhin wird jedes Gitter einzeln von einem gemeinsamen Antriebsglied gesteuert, so dass jedes gemäss einer anderen Kosekansfunktion verdreht wird. Das ergibt eine Aufzeichnung, die linear in der Wellenzahl ist.



   Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Fig. 8   dargestellt. Bei dieser Ausfüh-    rungsform wird ein einziges Gitter 84 von drei Armen gesteuert, welche gegen den Drehpunkt um das Ein-, Zwei-und Dreifache des Abstandes versetzt sind, welcher für das Arbeiten in der ersten Ordnung erforderlich wäre. Der Arm 86 für die dritte Ordnung ist so ausgebildet, dass er dann, wenn der Zapfen 88 die Stellung 88'erreicht, sich in der Stellung   86'be-    findet, so dass nur der Arm 90 für die zweite Ordnung in Wirkstellung ist, wenn das Gitter 84 in die Stellung 84'verdreht worden ist. Dieser Vorgang wiederholt sich, nachdem der Arm 90 für die zweite Ordnung vollständig niedergedrückt worden ist, so dass nur der Arm 92 für die erste Ordnung wirksam ist.

   Das Gitter muss natürlich jedesmal, wenn ein neuer Steuerarm die Verstellung übernimmt, in eine neue Stellung eingeschwenkt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Beugungsgitteranordnung zur Abtastung eines Spektrums, enthaltend drehbare Gitterhalterungsmittel und eine Mehrzahl von Gittern auf diesen Halterungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass Betäti- gungsmittel zur Verschwenkung der Halterungsmittel (32, 34) nach einer Kosekansfunktion einer Eingangsgrösse vorgesehen sind, wobei diese Betäti- gungsmittel ein lineares Stellglied (26) und eine Mehrzahl von Tastarmen (38, 40) aufweisen und jedes Gitter durch einen dieser Tastarme (38, 40) steuerbar ist, indem die Tastarme (38, 40) einzeln nacheinander an das lineare Stellglied (26) anlegbar sind, und dass das Stellglied nach Massgabe der Eingangsgrösse längs einer durch die Schwenkachse (22) der Gitter verlaufenden Linie (28) verstellbar ist, wodurch die verschiedenen Gitter (16, 30)

   nacheinander um ihre jeweiligen Abtastwinkel verschwenkbar sind.

   UNTERANSPRtJCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastarme (38, 40) als Winkelhebel ausgebildet sind.

   2. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Winkelhebel (38, 40) mit einem gemeinsamen drehbaren Glied (36) starr verbunden sind und die Gltterhalterungsmittel einen Gitterträger (32) mit mehreren Gittern (16, 30) aufweisen, welcher gegenüber dem drehbaren Glied in mehreren festen Winkellagen einrastbar ist.

   3. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterträger eine Klemmvorrichtung (34) aufweist, welche zwei Gitter (10, 30) Rücken gegen Rücken hält.

   4. Anordnung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem drehbaren Glied (36) zwei Anschläge (66, 80) vorgesehen sind, die mit entsprechenden Gegenflächen (64) des Gitterträgers (32) zusammenwirken, welcher unter dem Einfluss federnder Mittel (48) mit einem Totpunkt zwischen den Anschlägen steht und durch Umschaltmittel (76, 56, 78) wahlweise an einem der Anschläge zur Anlage gebracht wird.

   5. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel eine Kurbel (56) mit einer axial federnden Koppel (62) bilden, die an dem Gitterträger (32) angelenkt ist.

   6. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Mittel sich aus serhalb der Drehachse des drehbaren Gliedes (36) abstützen und über den Gitterträger (32), die Anschläge (66, 80) und das mit den Winkelhebeln ver bundene drehbare Glied (36) in jeder Stellung beiderseits des Totpunktes jeweils einen Winkelhebel (38, 40) mit einer ebenen Führungsfläche an das Stellglied kraftschlüssig anliegen.

   7. Anordnung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Winkelhebel (38, 40) mit einander zugekehrten Führungsflächen einen Zapfen des Stellgliedes (26) umfassen und die Anschläge (66, 80) derart beiderseits der Drehachse des drehbaren Gliedes (36) angeordnet sind, dass die federnden Mittel (48) in einer Schaltstellung ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf das drehbare Glied (36) ausüben und in, der anderen Schaltstellung ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn, so dass einmal die eine und das andere Mal die andere Führungsfläche (40 bzw. 38) an dem Zapfen des Stellgliedes (26) zur Anlage kommt.