DD223244A1 - Optisches system fuer spektralgeraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System fuer Spektralgeraete, die zum gleichzeitigen Erfassen mehrerer, gezielt ausgewaehlter Spektrenabschnitte aus einem Gesamtspektrum auf einen Bild- und insbesondere Zeilenempfaenger verwendbar ist. Die zur Verfuegung stehende Empfaengerflaeche soll moeglichst vollstaendig und lueckenlos fuer analytische Untersuchungen genutzt werden. Dazu sind mehrere Spektrenabschnitte aus einem Gasamtspektrum auszuwaehlen und auf die Empfaengerflaeche unmittelbar benachbart abzubilden. Es werden einem dispergierenden Glied zumindest annaehernd in dessen meridionaler Fokalebene benachbart angeordnete, entlang dieser Ebene und in einer zur Ebene im wesentlichen senkrechten Richtung verschiebbare Selektoren zugeordnet. Figur

Description

"Titel: Optisches System für Spektralgeräte Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein optisches System für Spektral- -geräte mit einer Lichteintrittsöffnung, einem abbildenden-, dispergierenden Glied und einem mit einer Wiedergabeeinheit und einer Versorgungs-, Steuer- und Auswerteelektronik gekoppelten Empfänger.

Sie,kommt bei der Emissions- und Absorptionsspektrometrie für gleichzeitiges Erfassen mehrerer, gezielt ausgewählter, kurzer Spektrenabschnitte aus einem durch das dispergierende Glied erzeugten GesamtSpektrum einer Strah- . -. lungsquelle zur Anwendung. . ^y ,

Als Empfänger sind Bildempfänger, insbesondere Zeileriempfanger vorgesehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten technischen Lösungen erzeugen ausgewählte Spektrenabschnitte, die in der Empfängerebene nicht scharf begrenzt sind, sich überlappend oder ohne definierte lokale Anordnung zueinander abgebildet werden. So ist ein Spektrometersystem bekannt, bei dem zur Dispersionserhöhung durch mehrfache Strahlenführung über das Beugungsgitter Spektrenabschnitte in eine der Lichteintrittsöffnung benachbarte Austrittsöffnung gelangen.

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Eine andere technische Lösung sieht vor, η definiert angeordnete Eintrittsoffnungen von einer Strahlungsquelle her. über η Lichtteiler zu durchstrahlen. Das dispergierende optische System erzeugt η Spektralab- ' schnitte gleicher Länge nii;t einer definierten Verschiebung zueinander entsprechend der Anordnung der 'Eintrittsöf-fnungen. ^J . '-

Nachteilig, ist/ die Überlagerung des.. Spektrenuntergrundes aller. Spektrenabschnitte. Zwar, ist es bekannt,' die einzelnen Abschnitte zusätzlich 'vertikal, In Purchenrichtung des verwendeten Gitters abzulenken, doch ist diese Lösung für Zeilenempfänger unbrauchbar. .. ^v

Ziel derErfindung . . . ' '

Durch die Erfindung soll erreicht werden, daß die zur Verfügung stehende Empfängerfläche möglichst vollständig und\ lückenlos fto

ausgenutzt wird, wobei nur die Spektrenabschnitte ; auf die Empfängerfläche abgebildet werden,, die für die Analyse erforderlich sind. . ·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mehrere Spektrenabschnitte aus einem Gesamtspektrum auszuwählen und auf einen •Empfänger unmittelbar benachbart abzubilden, ohne daß gegenseitige Überdeckungen auftreten. - ' - ·.''. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß dem dispergiere.nden Glied zumindest annähernd in dessen meridionaler Pokalebene benachbart angeordnete, entlang dieser Ebene und in einer.zur Ebene im wesentlichen senkrechten Richtung verschiebbare Selektoren zugeordnet sind., Jeder der Selektoren besteht aus ζτ/ei Hef lesions el eine nt en,

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deren reflektierende Flächen zueinander geneigt und dem dispergierenden Glied zugewandt sind. In dem von den reflektierenden Flächen eingeschlossenen Winkel ist eine entlang der Winkelhalbierenden verschiebbare Blende mit mindestens einer veränderlichen Spaltöffnung vorgesehen. ·

Durch die'Verwendung der Selektoren wird unter der-Voraussetzung der zueinander abgestimmten Ein-" stellang der Selektorelemente erreicht, daß ein über die Eintrittsöffnung eintretendes, vom dispergierenden Glied gebeugtes, konvergierendes Lichtbündel zunächst auf eine der beiden reflektierenden Flächen fällt, eine Umlenkung erfährt, die Blende durchstrahlt und durch die andere reflektierende Fläche wieder auf das dia-' pergierende Glied gerichtet wird.

Die Blende ist dabei der Teil des Selektors, der im gespiegelten meridionalen Fokus des dispergierendes Gliedes liegt.

Die Winkelstellung der beiden reflektierenden Flächen bewirkt, daß das Lichtbündel nach Durchlaufen eines Selektors und erneuter Beugung am Gitter neben der Sintrittsöffnung abgebildet wird. .

Durch die Blende in jedem Selektor wird ein ^; scharf begrenzter, auf den Empfänger gerichteter Spektrenabschnitt ausgewählt.

Für die Auswahl von interessierenden Wellenlängen sind · . . -.'.'

1. die Selektoren im erforderlichen Maße entlang . der Folsalebene und

2. zur Abbildung neben der Eintrittsöffnung auf den Empfänger auch in dazu senkrechter Richtung zu verschieben.

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3. sind die Blenden in Abhängigkeit von der Breite des auszuwählenden Spektrenabscimittes zu öffnen und entlang der WinkelhaIbiehrenden zu verschieben, so daß das von der ersten reflektierenden Fläche umgelenkte Strahlenbündel durch die Spaltöffnung hindurchtreten kann und auf den gewünschten .Platz des Empfängers abgebildet wird.

' ' '· ^x ·' , ' ' ; . Durch die genannten Yerstellmögllchkeiten wird

. die unmittelbare Uebeneinanderabbildung der auszuwählenden Spektreiiabschni$te erreicht. Um möglichst viele Selektoren anordnen zu können, '

.müssen, Eintrittsöffnung und Empfänger möglichst dicht benachbart und gegebenenfalls auch zur Pokalebene gegeneinander versetzt'sein. \

Für den Pail, daß der Smpfänger und die Lichteintrittsöffnung zur Pokalebene gegeneinander versetzt angeordnet sind, ist den Reflesions.elementen im Strahlengang vor oder nachgeordnet eine mit mindestens einer veränderlichen Spaltöffnung versehene Blende vorzusehen, die zum Strahlengang im wesentlichen senkrecht verschiebbar .ist.> " . Das vom dispergierenden Glied gebeugte, konvergierende Lichtbündel fällt bei dieser Anordnung entweder zuerst auf die Blende und danach auf die beiden Reflesionselemente' oder erst nacheinander.auf die Reflexions- ' elemente'und dann auf-die Blende, bevor es.wieder auf das dispergierende Glied gerichtet wird. Durch die Tor- und Fachordnung der Blende su den, Reflexionselementen wird der Verlagerung des Eintrittsspaltes so entgegengewirkt, daß die Blende im wesentlichen im.Fokus verbleibt.

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- 5 Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Ss zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung

Pig. 2 eine Draufsicht eines Selektors

In Pig. 1 sind einer Lichtquelle 1 eine Abbildungsoptik 2 und eine als Spalt 3 ausgebildete Lichteintrittsöffnung nachgeordnet. Ein Konkavgitter 4 dient der Dispersion eines durch seinen Mittenstrahl 5 dargestellten LichtbundeIs, das von der Lichtquelle 1 erzeugt, die Abbildungsoptik 2 und den Spalt 3 durchläuft. Das Konkavgitter 4 zerlegt das zum Mittenstrahl 5 · gehörige Lichtstrahlenbündel nach Wellenlängen und beugt es als fokussiertes Lichtbündel, das durch seinen -Mittenstrahl 6 dargestellt ist, su einem zumindest annähernd in seiner meridionalen Pokalebene 7 angeordneten Selektor 8, der entlang der Ebene 7 und in einer dazu senkrechten Richtung 9 verschiebbar ist. Das Ausführungsbeispiel ist der Übersicht halber nur auf einen. Selektor beschränkt. Zur Erfüllung der Aufgabenstellung ist es notwendig, mehrere Selektoren benachbart in der Pokalebene.7 anzuordnen. _; . '. . Der Selektor δ ist, wie in Pig. 2 dargestellt, aus zueinander geneigten ebenen Spiegeln 10, 11 zusammengesetzt, in dessen eingeschlossenem Winkel eine' in Richtung 9 verschiebbare Blende 12 mit verändertem Spalt 13 vorgesehen ist. Die Spiegel 10, 11 weisen. Spiegelflächen 14., 15 auf, die dem Konkavgitter 4 zugewandt sind.

Der Mittenstrahl 6 wird durch den Spiegel 10 umgelenkt,; tritt durch den Spalt 13 und wird durch den Spiegel 11;· als Strahl 16 auf das Konkavgitter 4 gerichtet.

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Das Konkavgitter 4 beugt das als Strahl 16 dargestellte, fokussiert^ Iichtstrahlenbündel auf eine dem Spalt J benachbarte, in der Pokalebene 7 angeordnete, lichtempfindliche Emp.f ängerf lache 17 eines ₍Bild- oder Zeilenempfängers 18, der mit einem Monitor 19 und einer Versorgungs-, Steuer- und Auswerteelektronik gekoppelt ist. '. .

Das auf den,Bildempfänger 18 gerichtete Lichtstrahlenbündel ist durch seinen Mittenstrahl 21 dargestellt. Die Verschiebung des Selektors 8 entlang der Pokalebene 7 und entlang der Richtung 9, sowie die Spalt- breiteneinstellung des Spaltes 13 und die Verschiebung der Blende 12 in der Richtung 9 gewährleisten die Auswahl eines bestimmten Spektrenabschnittes aus einem Gesamtspektrum und dessen Abbildung auf .' einen auswählbaren Bereich der Empfängerflache 17· , Durch eine größere Zahl in der Pokalebene 7 benachbartangeordneterSelektoren 8 sind weitere . Spektrenäbschnitte aus dem Gesamtspektrum auswahl-'¹ ' bar urn dem ersten benachbart auf die Empfängerfläche abzubilden.

Der Spalt 3 und die Smpfängerfläche 17 sollen deshalb möglichst.dicht.benachbart und eventuell - zur Pokalebene 7 gegeneinander versetzt angeordnet sein. Durch die Verschiebung des Spaltes 3 entlang des Mittenstrahls 5 wird die im T/inkel der Spiegel 1.0 und 11 angeordnete Blende 12 nicht mehr in der ursprünglichen meridionalen Pokalebene 7 des Konkavgitters liegen. Je nach Verschiebungsrichtung des Spaltes 3 ist deshalb die Blende 12 zwischen dem Konkavgitter 4 und dein Spiegel 10 oder zwischen dem Spiegel 11 und dem Konkav-

, gitter 4., in wesentlichen senkrecht verschiebbar zu den Strahlen 6 bzw. 16: anzuordnen. . . . Die Spiegel 10 und 11 können natürlich auch durch andere, die gleiche Wirkung erzielende Umlenkelemente ersetzt werden. . - - '

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Aasteile ebener Spiegel lassen sich auch gekrümmte Spiegelflächen zur gleichzeitigen Korrektur von Astigmatismusfehler und Spaltbildkrümmung verwenden. Selbstverständlich kann auch dem Eintrittsspalt eine geeignete Krümmung gegeben werden, um auf dem Bildempfänger möglichst gerade, monochromatische Spaltbilder zu erzeugen.

Durch Strahlung, die die Selektoren in umgekehrter Richtung als in Fig. 1 dargestellt durchläuft, entsteht auf der dem Bildempfänger gegenüberliegenden Seite des Eintrittsspaltes ebenfalls eine Kombination von Spektrenabschnitten, die eng benachbart zueinander liegen und durch einen zusätzlichen Bild- empfänger registriert werden können. Soll Strahlung bestimmter Wellenlängen ständig erfaßt werden, ist es auch möglich, in der Pokalebene' Empfänger (z.B. Fotodioden oder Fotovervielfacher), hinter fest angeordneten Spalten vorzusehen. Durch Ausführung 'der Blenden in den Selektoren als rotierende Blenden (unter Beachtung der Spaltbildkrümmung) oder durch periodische Freigabe der Blendenöffnungen können verschiedene Selektoren gleiche Einstellparameter besitzen, so daß auf dem Bildempfänger sich die-abgebildeten Spektrenabschnitte überlagern. . , ' .

Durch frequenzselektive elektronische Filterung werden dann die einzelnen Spektreninformationen sequentiell voneinander getrennt. Durch geeignete Wahl der Blazewellenlänge und der Gitterstrichzahl des Beugungsgitters kann erreicht werden, daß von dem Bildempfänger nur Strahlung nach zweimaliger Beugung am Gitter registriert wird und Strahlung direkt aus der Fokalebene (einmalige _; Beugung) außerhalb der spektralen Empfindlichkei des Bildempfängers liegt.

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Für dicht benachbarte, zu. registrierende Spektrenabschnitte kann die Blende eines oder mehrerer Selektoren auch zwei oder mehrere Spalte besitzen; proportional zu den Abständen in der Blende liegen die Spektrenabschnitte dann auf dem Bildempfänger verteilt. Nicht ausgeleuchtete Stellen auf dem Bildempfänger können durch andere Selektoren ausgeleuchtet werden. , · ,

i'iir Absorptionsmessung ist es möglich, zwischen dem Konkavgitter und dem Bildempfänger Küvetten mit Probenlösung bzw. mit einer Leerwertlösung anzu-

• ordnen. . ' ,

Auch innerhalb, der Selektor'en lassen sich den

• Blendenöffnungen benachbart, zu durchstrahlende planparallele Objekte anordnen.

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Claims (3)

1. - 9 Erf indungsanspruch

   1. Optisches System für Spektralgeräte mit einer

   Licliteintrittsöffnung, einem abbildenden, dispergierenden Glied und einem mit einer Wiedergebeeinheit und einer Versorgungs-, Steuer- und Auswerteelektronik gekoppelten Empfänger, gekennzeichnet dadurch, daß dem dispergierenden Glied zumindest annähernd in dessen meridionaler Pokalebene benachbart angeordnete, entlang dieser Ebene und in einer zur Ebene im wesentlichen senkrechten Richtung verschiebbare Selektoren zugeordnet sind.
2. 2. Optisches System nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Jeder der Selektoren aus zwei Reflexionselementen besteht, deren reflektierende Flächen zueinander geneigt und dem dispergierenden Glied zugewandt,sind, und in deren eingeschlossenem Winkel eine entlang der Winkelhalbierenden Verschiebbare Blende mit mindestens einer veränderlichen Spaltöffnung vorgesehen ist.
3. 3. Optisches System nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder der Selektoren aus zwei Reflexionselementen besteht, deren reflektierende Flächen zueinander geneigt uni dem dispergierenden Glied zugewandt sind und daß eine den Reflexionselementen im. Strahlengang vor- oder nachgeordnete, mit mindestens einer veränderlichen Spaltöffnung versehene Blende vorgesehen ist,' die zum Strahlengang im wesentlichen senkrecht verschiebbar ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   WES/kl .___

   4352 21. 11. 1983