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Vorrichtung zur Aus filterung bestimmter Spektralbereiche Für zahlreiche
optische Meßzwecke, z. B. in der Photometrie, werden mehr oder weniger monochromatische
Lichtbündel beliebig einstellbarer mittlerer Wellenlänge benötigt. Vielfach ist
auch die Einstellbarkeit der spektralen Breite des ausgefilterten Lichtbündels erforderlich.
Für die Erfüllung dieser Aufgabe werden in der physikalischen Meßtechnik bisher
überwiegend sogenannte Monochromatoren verwendet, die mit Lichtzerlegung mittels
Prismen oder Beugungsgittern arbeiten. Diese Geräte sind verhältnismäßig groß und
recht kostspielig, weshalb ihre Anwendung in der Praxis bisher nur beschränkten
Umfang hatte.
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Neben den erwähnten Monochromatortypen sind auch Monochromatoren
bekannt, die aus Interferenzfiltern mit veränderbarer Durchlaßwellenlänge aufgebaut
sind (s. O.A. Ulbrioh, J. Opt. Soc. Amer., 38 [1948], S. 622, und B. H. Billings,
J. Opt. Soc.
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Amer., 37 [1947], S. 738, beide zitiert nach 0. Macek »Archiv für
Technisches Messen«, J 384-1, Lieferung 201, Oktober 1952, S. 237). Wie aus dem
erwähnten Literaturzitat (ATM, Oktober 1952, S. 235 ff.) ferner hervorgeht, sind
andererseits auch Interferenzfilter mit veränderbarer Durchlaßbreite bei fester
mittlerer Durchlaßwellenlänge bekannt. Es ist wünschenswert, die Vorteile eines
Filtermonochromators, nämlich seinen gedrängten, einfachen und preiswerten Aufbau,
mit den Eigenschaften von Prismen- und Gittermonochromatoren, nämlich der stetigen
Wählbarkeit von Durchlaßwellenlänge und Durchlaßbreite, zu vereinigen. Um das zu
erreichen, ist eine Vorrichtung zur Ausfilterung bestimmter Spektralbereiche gemäß
der Erfindung so ausgebildet, daß die Breite des Durchlaßbereiches und seine Lage
im Spektrum durch Verschieben von mindestens zwei Interferenzfiltern gegeneinander
undjoder gegenüber dem sie durchsetzenden Lichtbündel stetig veränderbar sind, wobei
diese Interferenzfilter scharfe spektrale Kanten ihrer Einzeldurchlässigkeiten besitzen
und wobei die spektrale Lage der Durchlässigkeitskante abhängig von der räumlichen
Lage des durchstrahlten Punktes oder Gebietes auf jedem Einzelfilter ist, so daß
diese Interferenzfilter als Interferenzverlaufkantenfilter bezeichnet werden können.
Der Begriff »Interferenzverlauf-Kantenfilter« ist in Analogie -zu den seit längerem
bekannten und handelsüblichen Interferenzverlauf-Linienfilter einerseits und den
gleichfalls seit längerer Zeit bekannten Interferenz-Kantenfiltern andererseits
gebildet; Interferenzverlauf-Kantenfilter zeichnen sich, wie erwähnt, dadurch aus,
daß die spektrale Lage der Kante zwischen durchgelassenem und gesperrtem Spektralbereich
nicht über die ganze Filterfläche konstant, sondern abhängig von der räumlichen
Lage des durchstrahlenden Punktes auf dem Filter ist, derart, daß jeder Punkt der
Filter-
fläche eine bestimmte spektrale Lage der Kante zwischen Durchlaßbereich und
Sperrbereich aufweist und insbesondere daß diese Kante ihre spektrale Lage längs
einer der seitwärtigen Begrenzungen des Filters stetig verändert.
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Wenn zwei derartige Interferenzverlauf-Kantenfilter, von denen bei
dem einen die Durchlässigkeitskante einen langwelligen Durchlaß- und einen kurzwelligen
Sperrbereich trennt, während auf dem zweiten Filter Sperrbereich und Durchlaßbereich
entgegengesetzt liegen, mit gleichlaufender Wellenlängenskala aufeinandergelegt
werden, dann ist es offensichtlich möglich, durch gleichzeitige Verschiebung der
Filter gegenüber dem sie treffenden Lichtbündel die Wellenlänge des durchgelassenen
Lichtes zu ändern.
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Werden statt dessen beide Filter gegenläufig zueinander um gleiche
Beträge gegenüber dem Lichtbündel verschoben, so bleibt die mittlere Wellenlänge
des durchgelassenen Spektralbereiches konstant, aber seine Breite wird verändert.
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Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Breite des Durchlaßbereiches
und ihre Lage im Spektrum unabhängig voneinander durch Einzelbediennngselemente
eingestellt werden können, wobei eine Verstellung die gemeinsame Verschiebung beider
Filter gegenüber dem Lichtbündel oder umgekehrt des Lichtbündels gegenüber den Filtern,
die andere aber die Verschiebung beider Filter gegeneinander bewirkt. Im allgemeinen
wird die damit erreichte Trennung der Verstellbarkeiten für Durchlaßwellenlänge
und Durchlaßbreite erwünscht sein. Gelegentlich ist es aber erforderlich, die Breite
des Durchlaßbereiches in gesetzmäßiger Abhängigkeit von seiner spektralen Lage zu
ändern.
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Für diesen Fall können die beiden vorerwähnten Einstellelemente durch
ein entsprechendes Funktionsgetriebe miteinander gekoppelt werden.
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Zur weiteren funktionsmäßigen Ausgestaltung dieses Interferenzfilter-Nilonochromators
wird eine vorzugsweise wellenlängenunabhängige Lichtschwächeinrichtung vorgesehen,
mit deren Hilfe beispielsweise Lichtströme mit konstanter Energie für gleichgroße
Wellenlängen- oder Frequenzintervalle erzeugt werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Abb. 1 und 2 beschrieben
und erläutert.
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Abb. 1 zeigt die im Sinne der einfallenden Lichtstrahlen 2 übereinander
angeordneten Interferenzverlauf-Kantenfilter TP und HP, von denen TP ein Tiefpaß-Kantenfilter
und HP ein Hochpaß-Kantenfilter ist. Die Spur des Lichtbündels 2 ist auf TP und
HP waagerecht schraffiert bezeichnet. Die beiden Filter sind der Deutlichkeit halber
auseinandergerückt; in der tatsächlichen Vorrichtung sind sie dicht übereinander
angebracht. Auf beiden Filtern liegen die Punkte gleicher Grenzwellenlänge Ägr jeweils
auf Geraden parallel den beiden Filterseiten, die ihrerseits dem einfallenden Lichtbündel
parallel liegen. Je drei solcher Linien gleicher Grenzwellenlänge sind auf den beiden
Filtern TP und HP durch die Hinweiszahl 1 bezeichnet; es handelt sich im vorliegenden
Beispiel um die Linien der Grenzwellenlängen igr = 400, 600 und 800 in.
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Die Durchlaßkurven der Filter TP und HP, die für alle Punkte der
Linien gleicher Grenzwellenlänge ig, gelten, sind im unteren Teil der Abb. 1 einzeln
für die Grenzwellenlängen 400, 600 und 800 F dargestellt, und zwar zeigen diese
Kurven die Durchlässigkeit D (in °/o) des Filters TP und HP in Abhängigkeit von
der Wellenlänge i. Es ist ersichtlich, daß nur die von beiden Filtern gemeinsam
durchgelassenen Wellenlängen den Monochromator insgesamt passieren können. Diese
Bereiche sind auf den unteren Kurven der Abb. 1 schrägschraffiert angedeutet. Wie
aus diesen Durchlaßkurven hervorgeht, verschiebt sich der durchgelassene Wellenlängenbereich
längs der langen Seite von TP und HP, die in der Zeichenebene der Abb. 1 liegt.
Werden also die Filter TP und HP gemeinsam - bei fester Lage zueinander - gegen
das einfallende Lichtbündel 2 oder wird umgekehrt das Lichtbündel 2 gegen die zueinander
fixierten Filter TP und HP im Sinne oder Gegensinne des Pfeiles 3 verschoben, so
ändert sich lediglich die Durchlaßwellenlänge, aber die Durchlaßbreite bleibt konstant.
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In Abb. 2 sind wiederum die Interferenzverlauf-Kantenfilter TP und
HP dargestellt, aber dabei liegen im Gegensatz zu Abb. 1 nicht mehr Linien gleicher
Grenzwellenlänge auf dem Wege des einfallenden
Liditbündels 2 hintereinander, sondern
Linien verschiedener Grenzwellenlänge (im Beispiel 350 und 400 oder 550 und 600
oder 750 und 800 ). Die unten in Abb. 2 dargestellten Durchlaßkurven zeigen, daß
gegenüber den Durchlaßkurven in Abb. 1 die (schrägschraffiert dargestellten) Durchlaßbereiche
wesentlich verbreitert sind. Das Maß der gegenseitigen Verschiebung der Filter TP
und HP ist durch die Hinweiszahl 4 bezeichnet. Durch Änderung des Maßes 4 kann also
die Breite des Durchlaßbereiches beliebig verändert werden; soll dabei die Mitte
des von dem Filtermonochromator insgesamt durchgelassenen Spektralbereiches unverändert
bleiben, so müssen die beiden Filter TP und HP um gleiche Beträge in entgegengesetzter
Richtung gegenüber dem einfallenden Lichtbündel 2 verschoben werden.
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Durch geeignete Kombination der Verschiebung 3 in Abb. 1 und 4 in
Abb. 2 kann somit die Durchlaßwellenlänge und die Durchlaßbreite nach Belieben gewählt
werden.
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Die vorerwähnte zusätzliche Anbringung einer Lichtschwächeinrichtung
sowie die Anbringung von Funktionsgetrieben zur Koppelung der beiden Verstellungen
3 und 4 werden im einzelnen nicht dargestellt, da sie für sich vollständig bekannt
sind.
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PATENTSPROCHE: 1. Vorrichtung zur Ausfilterung bestimmter Spektralbereiche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Durchlaßbereiches und seine Lage im Spektrum
durch Verschieben von mindestens zwei Interferenzfiltern gegeneinander und/oder
gegenüber dem sie durchsetzenden Lichtbündel stetig veränderbar sind, wobei diese
Interferenzfilter scharfe spektrale Kanten ihrer Einzeldurchlässigkeiten besitzen
und wobei die spektrale Lage der Durchlässigkeitskante abhängig von der räumlichen
Lage des durchstrahlten Punktes oder Gebietes auf jedem Einzelfilter ist, so daß
diese Interferenzfilter als Interferenzverlauf-Kantenfilter bezeichnet werden können.