DE1214019B - Gitterspektrometer mit Vorzerlegung - Google Patents

Gitterspektrometer mit Vorzerlegung

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DE1214019B
DE1214019B DEB77267A DEB0077267A DE1214019B DE 1214019 B DE1214019 B DE 1214019B DE B77267 A DEB77267 A DE B77267A DE B0077267 A DEB0077267 A DE B0077267A DE 1214019 B DE1214019 B DE 1214019B
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DE
Germany
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prism
mirror
monochromator
rope
beam path
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Pending
Application number
DEB77267A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Oppelt
Detlev Siemon
Dr Wolfgang Witte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PE Manufacturing GmbH
Original Assignee
Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

  • Gitterspektrometer mit Vorzerlegung Die Erfindung betrifft ein Gitterspektrometer mit Vorzerlegung.
  • Es sind Gitterspektrometer mit Prismenvorzerlegung bekannt. Bei einem solchen wird durch einen Prismenmonochromator ein enger Spektralbereich ausgefiltert und auf den Eingangsspalt des eigentlichen Gitterspektrometers geleitet. Durch diese Vorzerlegung wird sichergestellt, daß am Ausgangsspalt des Gitterspektrometers keine Strahlung aus unerwünschten anderen Ordnungen erscheinen kann. Es ist auch bekannt, zur Ausschaltung unerwünschter Ordnungen bei Gitterspektrometern statt eines Prismenmonochromators ein Filter vorzusehen. Für die Abtastung eines größeren Spektralbereiches müssen dann mehrere verschiedene Filter vorgesehen werden, die nacheinander in den Strahlengang eingeschwenkt werden können. Bei üblichen Anordnungen dieser Art sitzen die Filter auf einem Filterrad.
  • Die Verwendung eines Prismenmonochromators hat den Vorteil, daß die durchgelassene Wellenlänge kontinuierlich veränderbar ist, so daß nicht - wie bei einem Filterrad - bei der Umschaltung von einem Wellenlängenbereich zum anderen von dem Schreiber Umschaltzacken geschrieben werden können. Für die Abtastung des Spektrums wird bei einem Filtergerät eine relativ große Anzahl von Filtern benötigt. Ein Prismenmonochromator hat jedoch den Nachteil, daß sein Wellenlängenbereich durch den Durchlässigkeitsbereich des Prismenmaterials begrenzt ist. Bei Verwendung eines KBr-Prismas in einem Ultrarot-Spektralphotometer ist der Prismenmonochromator beispielsweise in einem Bereich von 2,5 bis 25 ist brauchbar.
  • Bei größeren Wellenlängen beginnt das Kaliumbromid zu absorbieren. Man könnte durch Wahl eines anderen Materials für das Prisma, etwa von Cäsiumjodid, den nutzbaren Wellenlängenbereich des Prismenmonochromators noch etwas vergrößern Ein solches Prisma wird aber sehr teuer. Andererseits würde man zur Überdeckung des gleichen Wellenlängenbereiches von 2,5 bis 25 bei einem Filtergerät nicht weniger als neun verschiedene Filter benötigen.
  • Erfindungsgemäß wird daher vorgesehen, daß in dem Spektralbereich, in dem Prismen ohne wesentliche Absorption zur Verfügung stehen, ein Prisma in an sich bekannter Weise zur Vorzerlegung verwendet wird, daß außerhalb dieses Bereiches das Prisma durch in den Strahlengang in an sich bekannter Weise einführbare Spiegel wahlweise aus dem Strahlengang ausschaltbar und dafür ein Filter, wie an sich bekannt, zur Vorzerlegung in den Strahlengang einführbar ist und daß in an sich bekannter Weise ein Eingangsspalt und ein Ausgangsspalt angeordnet sind.
  • Es bleiben also auf dem größten Teil des Wellenlängenbereiches die Vorteile des Prismenmonochromators erhalten. Aber dort, wo das Prismenmaterial absorbiert, verwendet man ein Filter. Man braucht dann nicht extrem teures Prismenmaterial zu verwenden und kann trotzdem mit relativ geringem Aufwand einen für praktische Zwecke ausreichenden Wellenlängenbereich erfassen. Beispielsweise kann man bei einem Ultrarot-Spektralphotometer in dem Bereich von 2,5 bis 25es mit einem Kaliumbromidprisma arbeiten. Dann wird das Prisma »kurzgeschlossen«, und man kann mit einem einzigen Filter noch den Bereich von 25 bis 45 tt erfassen. Bei einem reinen Filtergerät hätte man für den Bereich von 2,5 bis 45 tt insgesamt zehn Filter benötigt.
  • Das »Kurzschließen« des Prismenmonochromators kann vorteilhafterweise in der Form erfolgen, daß die Prismenvorzerlegung mittels eines bekannten Littrow-Monochromators erfolgt, daß in den parallelen Strahlengang von dem Prisma ein erster Spiegel einschwenkbar ist, welcher das Licht auf einen feststehenden zweiten Spiegel lenkt, und daß der zweite Spiegel das Licht auf den ersten Spiegel zurück und auf den Ausgangsspalt des Monochromators über ein Filter leitet. Es werden dann für Prismen- und Filterbetrieb die gleichen abbildenden optischen Glieder benutzt, und es braucht nur ein Spiegel bewegt zu werden, so daß der Aufbau sehr einfach wird. Dabei wird man im allgemeinen dafür sorgen, daß die optische Weglänge des Strahlenganges über die Spiegel genau so groß ist wie die Weglänge des Strahlenganges durch das Prisma und über den Littrow-Spiegel, was sich ja bei dem geschilderten Strahlengang ohne weiteres realisieren läßt.
  • Es geht nach der Erfindung der Strahlengang einmal durch das Prisma und das andere Mal nicht. Das Prisma bewirkt nun bekanntlich eine Krümmung des Spaltbildes, so daß der Ausgangsspalt des Prismenmonochromators gekrümmt ist. Diese Krümmung fällt weg, wenn der Strahlengang nur über die Spiegel geleitet wird und das Prisma aus dem Strahlengang ausgeschaltet ist. Bei einem engen Eingangsspalt würde sich somit ohne das Prisma der Ausgangsspalt des Prismenmonochromators nur teilweise überdecken. Das hätte einen unerwünschten Energieverlust zur Folge. Auf der anderen Seite hat, der Eingangsspalt des Prismenmonochrómators bei Filterbetrieb keinerlei Einfluß auf die durchgelassene Wellenlänge, welche ja ausschließlich durch das Filter bestimmt wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird aus diesem Grunde vorgesehen, daß bei Filterbetrieb der Eingangsspalt des Monochromators weit geöffnet wird. Eine besonders vorteilhafte Konstruktion hierfür erhält man dadurch, daß die beiden Spaltbacken des Monochromatoreingangsspaltes an parallelen, gegensinnig bewegbaren Seil- oder Bandteilen befestigt sind, so daß sie bei einer Bewegung der Seil- oder Bandteile gegensinnig mitgenommen werden, und daß beide Seil- oder Bandteile über eine dazwischenliegende und quer zur Seilrichtung bewegbare Rolle geführt sind. Durch eine Querbewegung der letzteren Rolle kann dann erreicht werden, daß sich die Spaltbacken auseinanderbewegen, so daß eine Öffnung des Monochromatorspaltes erfolgt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben: Fig. 1 zeigt den Strahlengang des erfindungsgemäßen Prismenvormonochromators; Fig. 2 zeigt schematisch die Spaltsteuerung; Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausführung der Spaltsteuerung und F i g. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV von Fig. 3.
  • Mit 10 ist der Eingangsspalt des Prismenvormonochromators bezeichnet, 12 ist der Ausgangsspalt des Vormonochromators, der zugleich den Eingangsspalt des - nicht dargestellten - Gitterteiles bildet. Im Strahlengang sind in Fig. 1 der Einfachheit halber nur die Büdelachsen eingezeichnet. Das durch den Eingangs spalt 10 tretende Strahlenbündel wird von einem Hohlspiegel 14 in üblicher Weise parallel gerichtet und fällt bei Prismenbetrieb durch das Prisma 16, z. B. ein Kaliumbromidprisma, und auf den Littrow-Spiegel 18. Der Littrow-Spiegel 18 wirft das Bündel zurück, und nach einem zweiten Durchgang durch das Prisma 16 wird es von dem Hohlspiegel 14 über einen Planspiegel 20 auf dem Ausgangsspalt 12 gesammelt. In dem Prisma erfährt das Bündel bei jedem Durchgang eine spektrale Zerlegung, d. h., die verschiedenen Wellenlängen werden unterschiedlich gebrochen. Der gezeichnete Strahlengang gilt für eine bestimmte Wellenlänge, und durch Verschwenken des Littrow-Spiegels 18 können nacheinander die verschiedenen Wellenlängen auf dem Ausgangsspalt gesammelt werden.
  • Das ist der gebräuchliche Strahlengang des Littrow-Monochromators. Mit dieser Anordnung kann man bei Verwendung eines Kaliumbromidprismas bis zu einer Wellenlänge von ungefähr 25 p arbeiten. Bei größeren Wellenlängen beginnt dann das Prisma 16 zu absorbieren. Aus diesem Grund ist dann ein Spiegel 22 in den parallelen Strahlengang zwischen Hohlspiegel 14 und Prisma .16 einschwenkbar. Dieser Spiegel reflektiert, das Strahlenbündel in der - gestrichelt eingezeichneten Weise auf einen feststehenden Planspiegel 24. Der Planspiegel 24 wirft das Strahlenbündel auf den Spiegel 22 zurück, und zwar in der Weise, daß es von dem Spiegel 22 genauso auf den Hohlspiegel 14 gelenkt wird, als käme es von dem Littrow-Spiegel 18. Das Strahlenbündel wird daher ohne spektrale Zerlegung auf dem Ausgangsspaltl2 des Prismenvormonochromators (und Eingangsspalt des Gitterteiles) gesammelt. Gleichzeitig ist ein Filter 26 in den Strahlengang eingeschwenkt worden, welches beispielsweise einen Spektralbereich von 25 bis 45 tt durchläßt.
  • F i g. 2 zeigt schematisch die Vorrichtung zur Spaltverstellung. Bei Prismenbetrieb müssen Eingangsspalt 10 und Ausgangsspalt 12 nach einem Programm synchron verstellt werden. Zu diesem Zweck ist ein Seil 28 vorgesehen, das um eine Rolle 30 über 1800 herumgelegt und vorzugsweise an dieser befestigt ist und mit den Enden über Spannfedern 32, 34 am Gehäuse 36 befestigt ist. Sie brauchen nicht unbedingt befestigt zu sein, wenn die Spannung der Seile so ist, daß ein Rutschen praktisch ausgeschlossen ist. Das Seil bildet daher zwei parallel sich erstreckende Seilteile, und bei einer Drehung der Rolle 30 im Uhrzeigersinn bewegt sich der obere Teil des Seiles nach rechts in F i g. 2 und wickelt sich auf die Rolle 30 auf, wobei die Feder 32 gedehnt wird, während sich der untere Teil des Seiles von der Rolle 30 abwickelt und die Feder 34 sich entspannt.
  • An den beiden Teilen des Seiles 28 sind Spaltbacken 38, 40 des Spaltes 12 befestigt, welche durch Führungen 42, 44 parallel geführt sind. Bei einer Verdrehung der Rolle 30 im Uhrzeigersinn werden somit die Spaltbacken einander angenähert und die Spaltbreite verringert, während aber der Schwerpunkt des Spaltes 12 erhalten bleibt, weil sich beide Spaltbacken gegensinnig bewegen. Bei einer Drehung der Rolle 30 entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Spalt 12 entsprechend geöffnet. Die Verdrehung der Rolle 30 erfolgt in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise durch eine Spaltprogrammsteuerung.
  • In entsprechender Weise erfolgt eine Verstellung des Spaltes 10. Dessen Spaltbacken 46 und 48 sind in Führungen50, 52 parallel geführt und an zwei parallel sich erstreckenden Teilen eines Seiles 54 befestigt. Das Seil 54 ist über Rollen 56 und 58 geführt.
  • Die Rolle 58 wird durch eine Feder 60 nach rechts gezogen, um das Seil 54 gespannt zu halten. Die Feder 60 dient also nur zur Spannung; sie hat mit der Spaltverstellung nichts zu tun; die Rollen 30 und 56 sind gehäusefest und werden gemeinsam von der Spaltprogrammsteuerung verdreht. Die Rolle 56 wird bei Prismenbetrieb ebenfalls nach dem Spaltprogramm verdreht. Das ist in F i g. 2 dadurch angedeutet, daß die Rollen 30 und 56 auf einer gemeinsamen Welle 62 sitzend dargestellt sind.
  • Für Filterbetrieb muß der Spalt 10 weit geöffnet werden, weil das Prisma 16 im Strahlengang in Wegfall kommt und daher das Spaltbild des Spaltes 10 aus den geschilderten Gründen nicht mehr mit der Form des Spaltes 12 übereinstimmen würde. Der Spalt 12, der zugleich den Eingangsspalt des Gitterteils darstellt, muß aber weiterhin einem Spaltprogramm folgen.
  • Zu diesem Zweck ist das Seil 54 über eine weitere Rolle 64 geführt, die quer zur Seilrichtung aus der dargestellten in die gestrichelt eingezeichnete Lage verschoben werden kann. Außerhalb des Seiles 56 sind Paare von Rollen 66 und 68 vorgesehen, um welche das Seil 56 bei der einen oder der anderen Stellung der Rolle 64 herumgeführt wird, so daß die Parallelität der Seilteile im Bereich der Spaltbacken 46 und 48 nicht beeinträchtigt wird.
  • Wenn die Rolle 64 bei feststehender Rolle 56 nach oben in die gestrichelte Lage bewegt wird, dann wird rechts davon der obere Teil des Seiles mit der Spaltbacke 46 nach links bewegt. Der untere Teil des Seiles mit der Spaltbacke 48 wird entsprechend entspannt und nach rechts gezogen. Der Spalt 10 wird also weit geöffnet, ohne daß der Spalt 12 davon beeinflußt würde. Die geschilderte Bewegung der Rolle 64 wird eingeleitet, wenn von Prismenbetrieb auf Filterbetrieb umgeschaltet werden soll.
  • Fig. 3 und 4 zeigen eine konstruktive Ausführung der Steuerung für den Spalt 10, und zwar ist in F i g. 3 der Spalt in weit geöffneter Stellung gezeigt, wozu die Rolle 64 nach oben bewegt ist. Die Parallelführung für die Spaltbacken.46 und 48 besteht aus Stäben 70 und 72 an der Spaltbacke 46 sowie Stäben 74 und 76 an der Spaltbacke 48. Die Stäbe70 und 72 liegen oberhalb an einem Rollenpaar 78, 80 bzw. unterhalb an einer Rolle 82 an. Die Stäbe 74 und 76 der anderen Spaltbacke 48 sind zwischen dem Rollenpaar 78, 80 bzw. der Rolle 76 geführt. In jeder Stellung ist demnach jede Spaltbacke durch drei Punkte eindeutig geführt. Die Verstellung der Rolle 64 erfolgt mittels eines Motors 84 durch einen Exzenter 86 (Fig. 4). Der Exzenter 86 ist auf einer Welle 88 vorgesehen. Die Rolle 64 ist mittels eines Kugellagers 90 auf dem Exzenter 86 gelagert. Die Welle 88 wird von dem Motor 84 über Kegelräder 92, 94, eine vertikale Welle 96 und eine Schnecke 98 sowie ein Schneckenrad 100 verdreht, welches auf der Welle 88 sitzt.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Gitterspektrometer mit Vorzerlegung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spek- tralbereich, in dem Prismen ohne wesentliche Absorption zur Verfügung stehen, ein Prisma (16) in an sich bekannter Weise zur Vorzerlegung verwendet wird, daß außerhalb dieses Bereiches das Prisma (16) durch in den Strahlengang in an sich bekannter Weise einführbare Spiegel (22, 24) wahlweise aus dem Strahlengang ausschaltbar und dafür ein Filter (26), wie an sich bekannt, zur Vorzerlegung in den Strahlengang einführbar ist und daß in an sich bekannter Weise ein Eingangsspalt (10) und ein Ausgangsspalt (12) angeordnet sind.
  2. 2. Gitterspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenvorzerlegung mittels eines bekannten Littrow-Monochromators erfolgt, daß in den parallelen Strahlengang vor dem Prisma (16) ein erster Spiegel (22) einschwenkbar ist, welcher das Licht auf einen feststehenden zweiten Spiegel (24) lenkt, und daß der zweite Spiegel (24) das Licht auf den ersten Spiegel (22) zurück und auf den Ausgangsspalt (12) des Monochromators über ein Filter (26) leitet.
  3. 3. Gitterspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Filterbetrieb der Eingangsspalt (12) des Monochromators weit geöffnet wird.
  4. 4. Gitterspektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spaltbacken (46, 48) des Monochromatoreingangsspaltes an parallelen, gegensinnig bewegbaren Seil- oder Bandteilen (54) befestigt sind, so daß sie bei einer Bewegung der Seil- oder Bandteile gegensinnig mitgenommen werden, und daß beide Seil- oder Bandteile (54) über eine dazwischenliegende und quer zur Seilrichtung bewegbare Rolle (64) geführt sind. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 099 207; Leitz Druckschrift, IR-Gitterspektrograph Modell IIIG, 61-21.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19955759A1 (de) * 1999-11-20 2001-05-23 Colour Control Farbmestechnik Spektrometer mit mikromechanischem Spiegel

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1099207B (de) * 1956-12-14 1961-02-09 Jenoptik Jena Gmbh Autokollimationsspektralgeraet

Patent Citations (1)

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