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Spektralapparat Die Erfindung betrifft die SpeXtralanalyse.
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Bekanntlich kann bei den laufend benutzten Spaltspektrometern das
Signal, welches bei Überstreichunhg nach Wellenlängen durch Drehung des Zerstreuungssystems
(Priema oder Gitter) erhalten wird, in dem Fall eines durch eine unendlich feine
Linie gebildeten Spektrums, oder anders ausgedrückt, wenn der ßtrahlungsfluss monochromatisch
ist, d.h. wenn die Energie auf einer einzigen Wellenlänge transportiert wird, durch
ein Dreieckdiagramm in einem Koordinatensystem dargestellt werden, in welches als
Ordinaten die durch den Ausgangaspalt tretenden strahlungsenergien und ale Abszissen
die Winkelstellungen des
Zerstreuungssystems oder, was auf das Gleiche
hinausläuft, die Stellungen des Bildes des Eingangs spalts in der Auegangeebene
wahrend der Bestreichung in Bezug auf einen beliebigen Ursprung, welcher der Auagangsspalt
sein kann, eingetragen werden.
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Die beiden schragen Seiten des Dreiecks eines derartigen Diagramms
sind kennzeichnend für die Zunahme und die Abnahme der Menge an Strahlungsenergie,
welche durch den ausgangsspalt beiderseits der Stellung tritt, für welche das Bild
des Eingangsspalts dem Ausgangsspalt überlagert ist, was der Einstellstellung des
Zerstreueungssystems entspricht, und die Anmschlusspunkte dieser beiden Seiten an
die abszissennachse, beiderseits welcher das Signal null ist, haben voneinander
einen Abstand, welcher das Doppelte der Breite des Eingangsspalts betragt, welche
in dem häufigen Fall, in welchem die Vergrosserung des zwischen dem Eingangsspalt
und dem Ausgangaspalt angeordneten Teils des Spektrometers gleich der Einheit ist,
gleich der Breite des Ausgangsspalts ist.
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Bekanntlich ist bei derartigen Spaltspektrometern das Auflösungsvermögen
zu der Spaltbreite umgekehrt proportional und daher umso grösser, Je schmaler der
Spalt ist.
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Die LichtBtärke, welche durch die Menge des Strahlungsflusses bestimmt
ist, welche in der Einstellstellung durch den Ausgangsspalt tritt, ist dagegen umso
geringer, Je schmaler dieser Spalt ist. Das Auflösungsvermögen und die Lichtstarke
sind daher in einem Spaltpektrometer sich gegensinnig ändernde Eigenschaften.
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Die Erfindung betrifft einen Apparat mit einem Zerstreuungssystem,
einem Eingangskollimator und einem ausgangekollimator sowie mit einer Eingangsvorrichtung
und einer Äusgangsvorrichtung mit Je einem Teil, welcher durch zwei Vielheiten
oder
Serien von Zonen gebildet wird, wobei die Zonen einer Vielheit iit des Zonen der
anderen Vielheit abwechseln, neben diesen liegen und eine Weiterleitungswirkung
fur die auf sie fallenden strahlenbündelabschnitte ausüben, welche von der durch
die Zonen der anderen Vielheit ausgeübten verschieden ist, wobei die Zonen eine
solche Figur bilden, dass bei einer Verschiebung parallel zu der Ausbreitungsrichtung
des von dem Zerstreuungssystem gelieferten sppektums und bei beliebiger Amplitude
dieser Verschiebung es in den der nioht verschobenen Pigur und der verschobenen
Figur gemeinsamen abschnitt keine Zone einer Vielheit einer Figur gibt, welche iit
einer Zone der gleichen Vielheit der anderen Figur susemmenfällt, wobei eine beliebige
Zone einer bestimmten Weiterleitungsweirkung der Augangsvrooichtung für die einer
Wellenlange entsprechende Binstellotellung des Zerstreuungssystems dem Bild einer
one einer bestimmten Weiterleitungsvirkung der Eingangvorrichtung überlagert iet,
welches für diese Wellenlänge von da zwischen der Eingansvorrichtung und der Ausgangsvorrichtung
liegenden Teil des Apparats geliefert wird, wobei die Summe der Flächen der Zonen
einer Vielheit eines Bingangsteils oder ausgangsteile ii wesentlichen gleich der
Sunde der Flachen der Zonen der anderen Vielheit ist.
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Bei einen derartigen Apparat nimmt während der oben erwähnten Bestreichung
ein au der ausgangsvorrichtung konender Strahlungsfluss von der Einstellstellung
des Zerstreuungssystems -, für welche das Bild der Eingangsvorrichtung der Ausgangsvorrichtung
überlagert- ist, sehr schnell von einem Höchstwert in dem einen oder dem anderen
Bestreichtungssinn ton dieser. Stellung, aus ab, wie bei einem Spektrometer mit
einem einsigen Spalt, ohne jedoch den Wert null zu erreichen, welcher
erst
später nach einer erheblich langsameren Abnahme erreicht wird, wobei die Abszissenachse
des den Strahlungsfluss darstellenden Diagramms in einem Abstand von der der Einstellstellung
entsprechenden Abszisse erreicht wird, welcher mehrere hundertmal so gross wie bei
dem Dreieckdiagramm des üblichen Spaltspektrometers gleichen Auflösungsvermögens
sein kann, oder ein derartiger aus der Ausgangsvorrichtung kommende Strahlungsfluss
nimmt sehr schnell von einem der Einstellstellung entsprechenden Wert null zu und
nimmt hierauf sehr langsam auf den Wert null ab.
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Ein durch ein derartiges Diagramm dargestelltes Signal kann daher
nicht unmittelbar als Spektrometersignal benutzt werden, da es erhebliche Amplituden
für Stellungen es Zerstreuungssystems aufweist, welche von der Einstellstellung
für die betreffende Wellenlange weit entfernt sind.
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Bisher wurden bei einem derartigen Apparat diese Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen
dadurch ausgenutzt, dass die Ausbildung sogetroffen wurde, dass am Ausgang zwei
Strahlenbündel geliefert wurden, deren Vergleich das Spektrometersignal erzeugt,
wobei eines der Bündel wthrend der oben betrach-Be teten/treichung eine Energie
transportiert, welche durch das erste Diagramm mit zwei zungen beiderseits der Einstellstellung
dargestellt wird, wie oben erwähnt, während das andere Bündel eine Energie transportiert,
welche in dem gleichen Koordinatensystem und wahrend der gleichen Bestreichung durch
das zweite obenerwähnte Diagramm dargestellt wird, welches mit dem ersten in den
Abschnitten geringer Neigung dieses letzteren zusammenfällt, aber in den Abschnitten
mit grosser Neigung an Jeder Abezisse einen Zustandspunkt besitzt, welcher zu jedes
ersten
Diagramms in Bezug auf die Waagerechte symmetrisch liegt,
welche durch die Anschluespunkte der Abschnitte mit starker Neigung an die Abschnitte
mit schwacher Neigung geht.
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Die Bildung von zwei ausgangsbündeln bringt nicht nur die Verdoppelung
der Bestandteile der Eingangsvorrichmung oder der Ausgangsvorrichtung mit sich,
sondern der Vergleich der beiden von ihnen transportierten Energien zur Erzeugung
des elektrischen spektrometersignals mittels einer für die Strahlung empfindlichen
Vorrichtung führt auch zu Komplikationen. In gewiasen Fällen werden zwei strahlungsempfindliche
Zellen vorgesehen, oder auch zwei Abschnitte ein und desselben Differentialempfängers,
wobei jeder Abschnitt einem Bündel zugeordnet ist, die gegenwartige Technik ermoglicht
Jedoch nicht die Herstellung von zwei Zellen oder zweiAbschnitten eines Differentialempfan"-gens,
welche genau identische Kennlienien haben, welche zeitlich Während des Betriebes
identisch bleiben, so dass achwer oder auch überhaupt nicht zu berichtigende Fehler
entstehen, welche den Apparat fur zahlreiche Anwendungen ungeeignet machen.
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In anderen Fallen wird die gleiche Zelle benutzt, welche abwechselnd
das erste und das zweite Bündel empfängt, es müssen dann aber als ein Bestandteil
des SpeXtrometers Umjschalteinrichtungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe das
eine oder das andere Bündel abwechselnd auf die Zelle gerichtet wird. Diese Umschalteinrichtuagen
erschweren die Herstellung, und ihre anwemenheit vergrössert den Platzbedarf des
Spektrometers.
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In jedem Pall zwingt das Prinzip einer Spektralanalyse mit Hilfe
von zwei raumlich getrennten Bundeln dazu, einrichtungen zur Abgleiohung der optischen
Wege der beiden
Bundel vorzusehen, wobei diese Abgleichung sehr
genau vorgenommen werden muss, da das Spektrometersignal durch den Vergleich der
von den beiden Bundeln transportierten Energien geliefert wird.
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Die Erfindung hebt diese Beschrankungen auf und vermeidet die obigen
Nachteile. Sie hat einen Spektralapparat zum Gegenstand, welcher durch Einrichtungen
gekennzeichnet ist, welche, falls durch ihn ein monochromatischer Strahlenfluss
tritt, von dem einem einzigen Bündel entsprechenden Diagramm mit doppelter, d.h.
starker und schwacher Neigung nur den Teil mit starker Neigung beiderseits der Einstellstellung
erscheinen lasst.
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Die Erfindung betrifft auch eine ausführungsform, bei welcher diese
Einrichtungen unabhangig von der etwaigen Bewegung des Zerstreuungssystems zur Bestreichung
des Spektrums eine Relativbewegung zwischen dem Bild der Eingangsvorrichtung und
der Ausgahgsvordichung erzeugen, welche einer periodischen Gesetzmässigkeit folgt.
Wenn die Stellung des Zerstreuungssystems die Einstellstellung fur diese Wellenlange
ist, hat das Bild wahrend seiner Verstellung gegenüber der Ausgangsvorrichtung eine
Stellung, welche zonenweise mit der Ausgangsvorrichtung zusammenfallt.
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Für eine auf die Eingangsvorrichtung fallende Strahlung, deren Wellenlange
die ist, für welche die Stellung des Zerstreuungssystems die Einstellstellung fur
diese Wellenlange ist, liefert dann die Ausgangsvorrichtung einen Strahlungsfluss,
welcher eine Energie transportiert, welche gema einer gewissen Gesetzmässigkeit
veränderlich ist, welche der periodischen Bewegung des Bildes der Eingangsvorrichtung
gegenüber der Ausgangsvorrichtung entspricht, wobei eine der gegenseitigen
Stellungen
dieses Bildes und der Ausgangsvorrichtungen die ttberlagerung ist, während iur jede
Strahlung mit einer Wellenlange, welche von der Einstellwellenlänge verschieden
ist und dem mit da Apparat in dieser Stellung des Zerstreuungssystems analysierbaren
Spektrum angehört, obwohl es Teile des Bildes der Eingangs vorrichuntg gibt, welche
der Ausgangsvorrichtung überlagert sind, es keine Stellung des Bildes der Eingangsvorrichtung
gibt, in welcher diese Bild zonenweise mit d zu der Ausgangsvorrichtung zuasammenfällt,
und die durch den Ausgangefluse transportierte Strahlungsenergie zeigt nicht die
periodischen Schwankungen.
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Die Erfindung sieht Ausfuhr"ungen vor, bei welchen die periodische
Bewegung des Bildes der Eingangsvorrich tung gegenüber der ausganggsvorrichtung
eine Translationsbewegung ist.
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Obwohl die Erfindung fur" gewisse Anwendungen nicht ausführungen
ausschliesst, bei welchen diese periodische Relativewegung in der Ausbreitungerichtung
des Spektrums erfolgt, ordnet sie diese der Bedingung unter, das die periodische
Bewegung nicht das für eine von der Einstellwellenlänge verschiedene Wellenlägne
gelieferte Bild der Eingangsvorrichtung genau mit der Ausgangsvorrichtung zum Zusammenfallen
bringt.
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Wenn ferner der Apparat "mtt Bestreichung1 arbeiten soll, d .h. wenn
sein Zerstreuungssystems kontinuierlich angetrieben wird, darg die periodische Relativbewegung
nicht parallel zu der ausbreitungserichtung des Spektrums sein.
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Eine derartige Relativbewegung kann dadurch hergestellt werden, dass
der eingangsvorrichung oder auch der Ausgangsvorrichtung eine periodische Bewegung
erteilt wird, oder
dass eine periodische Bewegung einer zwischen
der Eingangsvorrichtung und der Ausgangsvorrichtung angeordneten optischen Vorrichtung
erteilt wird, z,B, einem Kollimator, oder auch dem Zeretreuungssystem selbst.
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Die Erfindung sieht ferner vor, dass die periodische Relativbewegung
der Ausgangsvorrichtung und des Bildes der Eingangsvorrichtung eine Drehbewegung
ist, welche eine Pendelbewegung geringer Amplitude oder auch eine kontinuierliche
vollständige Drehbewegung sein kann.
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Die Frequenz der periodischen Bewegung wird entsprechend den beabsichtigten
Anwendungen gewählt, insbesondere der für den Apparat vorgesehenen Bestreichungsgeschwindigkeit
des Spektrums bei der benutzung "mit Bestreichung". Je grösser diese Geschwindigkeit
ist, umso grösser ist die für die periodische Bewegung gewählte Frequenz.
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Nit einem erfindungsgemassen Apparat wird also ein Spektrometersignal
dadurch erhalten, dass man auf einen Empfänger ein einziges Bündel fallen last,
wodurch die den beiden oben erwahnt en Ausführungsformen anhaftenden Schwierigkeiten
vermieden werden, wobei jedoch ihre gleichzeitigen Eigenschaften grosser Lichtstarke
und grossen auflösungsvrermogens aufrechterhaltenbleiben. während von den zwei räumlich
getrennte Ausgangsbündel liefernden Spektralapparaten gesagt werden kann, dass sie
eine Eingangsvorrichtung und eine Ausgangsvorrichtung mit zwei Wirkungen zur Lieferung
des einen und des anderen Bündels aufweisen, weist ein erfindungsgemasser Spektralapparat
eine Eingangsvorrichtung und eine Ausgangsvorrichtung auf, welche beide zur Lieferung
eines einzigen Ausgangsbündels einfachwirkend sind.
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Während bei den zwei ausgangsbvündel liefernden Apparaten entweder
die Eingangsvorrichtung oder die Ausgangsvorrichtung verdoppelt werden müssen, oder
eine der Vorrichtungen der Bildung eines ersten Bündels entsprechende durchsichtige
Zonen und der Bildung eines zweiten Bundels entsprechend reflektierende Zonen aufweisen
muss, kann der erfindungagemasse Apparat eine Eingangsvorrichtung und eine Ausgangsvorrichtung
aufweisen, welche beide einfach sind und beide nur Arbeitszonen einer einzigen Art
aufweisen, d.h. entweder durchsichtige oder reflektierende Zonen.
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Ferner kann gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässe Apparat
eine einzige Vorrichtung mit zwei Serien von Zonen aufweisen, welche einerseits
die Aufgabe der Eingangsvorrichtung in der üblichen Weise und andererseits die Aufgabe
der Ausgangsvorrichtung infolge der Anwendung von Selbstkollimationsmitteln erfüllen.
Hierdurch werden nicht nur der Aufbau und die Einstellung des Apparats betrachtlich
vereinfacht, sondern seine Eigenschaften werden noch geeteigert.
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Die erfindungsgemässe Verbesserung ist ganz allgemein auf Spektralapparate
anwendbar, welche beiderseits des Zerstreuungssystems eine Eingangsvorrichtung und
eine Ausgangsvorrichtung aufweisen, welche eo beschaffen sind, dass der Apparat
aus einer monochromatischen Strahlung bei Bestreichung der Wellenlango nach einen
Ausgangsfluss liefert, dessen Energie durch ein Diagramm dargestellt werden kann,
welches einen Abschnitt mit schwacher Neigung und einen Abschnitt mit starker Neigung
besitzt, wobei der Abschnitt mit starker Neigung den Stellungen des Zerstreuungssystems
entspricht, welche der Eine stellstellung fur diese Wellenlänge sehr nahe liegen.
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>in erfindungsgemässer Apparat mit einer derartigen
Eingangsvorrichtung
und einer derartigen Ausgangsvorrichtung liefert also am Ausgang des Empfängers
bei Empfang eines zusammengesetzten Spektrums, d.h. eines Spektrums, welches Energien
auf mehreren Wellenlängen enthält, bei einer gegenuber der Frequenz der ein Merkmal
der Erfindung bildenden periodischen Relativbewegung genügend langsamen Bestreichung
ein nicht merklich durch die periodische Relativbewegung beeinflusstes Signal entsprechend
einer jeden der Energien, welche auf einer von der der betreffenden Stellung des
Zerstreuungssystems zugeordneten Einstellwellenlänge verschiedenen Wellenlänge transportiert
werden, aber ein Signal, welches entsprechend dieser Frequenz veranderlich ist und
der auf dieser Einstellwellenlange transportierten Strahlungsenergie entspricht,
80 dass bei Verbindung des Empfängers mit einem der Frequenz der periodischen Bewegung
angepassten Wechselstromverstärker ein Signal mit einer Amplitude erhalten wird,
welche fur die auf der einstellwellenlänge transportierte Energie sehr gross sein
kann, während die den anderen Wellenlangen entsprechenden Ausgangs energien nicht
durch den Verstärker übertragen werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die Relativbewegung des Bildes der
Eingangsvorrichtung einerseits und der Ausgangsvorrichtung andererseits eine Translationsbewegung
in einer von der Ausbreitungsrichtung des Spektrums verschiedenen, zweckmãßsig zu
dieser senkrechten Richtung, vorausgesetzt naturlich, dass eine derartige Bewegung
den Wert des auetretenden Strahlungsflusses spektroskopisch verändert.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielshalber erlautert.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines
erfindungsgemässen Spektralapparats.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer ausführungsform einer
Eingangsvorrichtung eines derartigen Apparats.
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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer entsprechenden Ausgangsvorrichtung.
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Fig. 4 zeigt schematisch in kleinerem Maßstab eine Ausgangsvorrichtung
mit einem uberlagerten Bild der Eingangs-Vorrichtung für verschiedene Stellungen
wahrend ihrer Relativbewegung.
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Fig. 5 iet eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht einer Ausführungsabwandlung.
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Fig. 6 ist ein Schaubild.
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Fig. 7 ist ein anderes Schaubild.
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Fig. 8 zeigt die gegenseitigen Stellungen der ausgangsvorrichtung
und des Bildes der Eingangsvorrichtung bei einer Bestreichung des Spektrums in der
Nahe einer Einstellstellung.
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Fig. 9 ist ein schematisches Schaubild des Empfängermigenals.
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Fig. 10 iet ein Schaubild des Spektrometersignach, bei welchem der
Ordinatenmaßstab betrachtlich kleiner als in der, Praxis ist.
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Fig. 11 seigt eine andere Ausführungsform in einer der Darstellueg
der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.
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Fig. 12 ist eine vereinfachte Ansicht einer einen Bestandteil des
Apparat geBass dieser ausführungsform bildenden Vorrichtung.
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Fig. 13 ist eine der Fig. 12 entsprechende Ansicht einer Ausführungsabwandlung.
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Fig. 14 ist eine Vorderansicht einer Eingangs-und/oder Ausgangsvorrichtung.
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Fig. 15 ist ein erläuterndes Schema.
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Es sei zunächst Fig. 1 betrachtet. S ist eine Quelle, deren Strahlung
einer Spektralanalyse unterworfen werden soll. Der aus der Strahlenquelle kommende
Strahlungsfluss P fällt auf eine Eingangsvorrichtung G. Die Eingangsvorrichtung
G weist zwei Serien von Zonen auf. Die Zonen der einen Serie sind für die Strahlung
durchlässig, während die Zonen der anderen Serie undurchlässig sind. Durch die Eingangsvorrichtung
G tritt somit eine Reihe von Strahlenbündelabschnitten P1, deren jeder einer durchlässigen
Zone entspricht. Nach Reflexion an einem Kollimatorspiegel M fallen die Strahlenbündelabschnitte
P1 auf ein Zerstreuungssystem, welches bei dem dargestellten Beispiel ein um eine
Achse r drehbares Gitter R ist. Von jedem Strahlenbundelabschnitt P1 liefert das
Gitter R mehrere Einzelbündel P2, deren jedes einer Strahlung mit einer bestimmten
von dem Strahlenbündelabschnitt P1 transportierten Wellenlänge entspricht. Die Gesamtheit
der durch das Zerstreuungssystem R aus der Serie von Strahlenbündelabschnitten P1
gebildeten Einzelbündel P2 fällt nach einer neuen Reflexion an dem Spiegel M auf
eine Ausgangsvorrichtung G'.
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Die Ausgangsvorrichtung G' besitzt zwei Serien von Zonen, wobei die
Zonen einer ersten Serie durchlassig und die Zonen der zweiten Serie undurchlassig
sind.
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Die Eingangsvorrichtung G und die Ausgangsvorrichtung G' sind so
ausgebildet, dass für eine Wellenlänge der zu analysierenden Strahlung das Bild
der Eingangsvorrichtung G, welches von den zwischen der Eingangsvcrrichtung G und
der Ausgangsvorrichtung G1 angeordneten optischen Einrichtungen des
Apparats
geliefert wird, fur eine entsprechende Stellung des Zerstreuungssystems R oder die
Einstellstellung für diese Wellenlange der Ausgangsvorrichtung G' überlagert ist,
wobei die Bilder der Grenzen der Zonen der Vorrichtung G den Grenzen der Zonen der
Vorrichtung G' jiberlagert sind. Die Zonengrenzen sind an beiden Vorrichtungen so
beschaffen, dass an einer Vorrichtung gleichzeitig Zonen, welche parallel zu der
Ausbreitungsrichtung des Spektrums gerechnet sehr schmal sind, und sehr breite Zonen
vorhanden sind, wobei die Breiten der Zwischenzonen keiner linearen Gesetzässigkeit
folgen, und das durch die Zonengrenzen gebildete Muster ist so beschaffen, dass
es sich durch eine Translationsbewegung parallel zu der Ausbreitungsrichtung des
Spektrume nicht selbst uberlagert werden kann.
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Die Ausgangseinzeilbündel P3. welche durch die durchlassigen Abschnitte
der Ausgangsvorrichtung G' gehen, werden durch einen Spiegel m weitergeleitet und
auf einen Empfänger D konzentriert. Mit einer eingangsvorrichtung und einer Ausgangsvorrichtung
der oben definierten Art transportieren bei einer auf die Zingangsvorrichtung G
fallenden monochromatischen Strahlung die Einzelbündel P3, deren Gesamtheit das
Ausgangsbündel bildet, sobald das Bild der Eivgangsvorrichtung auf die Ausgangsvorrichtung
kost, eine Bnergie, welche sich bei einer Drehung des Gitters R verhältnismässig
sehr langsam andert, und zwar für alle Stellungen des Gitters, welche von seiner
Einstellstellung fu"r die W*llenlange der monochromatischen Strahlung verschieden
sind, während sie sich in unmittelbarer Nihe der Einstellstellung sehr plötzlich
ändert.
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Erfindungsgemäss wird eine periodische Bewegung zwischen der Ausgangsvorrichtung
G' und dem in der Ebene der
Vorrichtung G' liegenden Bild der Eingangsvorrichtung
G erzeugt, welches von den in dem Apparat enthaltenen zwischen der Eingangsvorrichtung
G und der Ausgangsvorrichtung G1 angeordneten optischen Einrichtungen geliefert
wird, welche bei der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform den Spiegel M und das
Zerstreuungssystem R umfassen.
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Hierfur sind gemäss einer ersten Ausführungsform Einrichtungen vorgesehen,
welche der Eingangsvorrichtung G eine periodische Bewegung in ihrer Ebene erteilen,
wie dies z. B. durch den Doppelpfeil f schematisch angedeutet ist, wobei die Vorrichtung
G' ortsfest ist.
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Der Pfeil f deutet eine periodische geradlinige Bewegung in einer
zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums senkrechten Richtung an.
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Bei einer Ausführungsabwandlung kann die Riohtung der gegenseitigen
Schwingbewegung von der senkrechten Lage in Bezug auf die ausbgreitungsrichtung
des Spektrums verschieden sein. Die Richtung der Schwingbewegung kann auch zu der
Ausbreitungsrichtung des Spektrums parallel sein, diese Richtung ist jedoch ausgeschlossen,
wenn der Apparat mit Bestreichung arbeiten soll.
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Gemäss einer anderen Ausführungsabwandlung ist die periodische Bewegung
eine Drehbewegung um eine durch das Zentrum der Eingangsvorrichtung oder der Ausgangsvorrichtung
gehende Achse.
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Die Drehbewegung kann eine hin und her gehende Bewegung, d.h. eine
Pendelbewegung sein.
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Sie kann auch eine gleichförmige Bewegung sein.
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Gemass einer anderen Ausführung wird der Ausgangsvorrichtung G'eine
eineper'iodische Bewegung in ihrer Eben
erteilt, wie dies schematisch
durch den punktierten Doppelpfeil f' angedeutet ist, wobei dann die Eingangsvorrichtung
G ortsrest bleibt. Bei dieser Ausführung sind auch die oben für die Bewegung der
Bingangstorrichtung G definierten Abwandlungen xogllch.
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Gemäss einer weiteren Ausfahrungeform wird dem Spiegel M oder einer
anderen in dem Apparat enthaltenen optischen Vorrichtung eine Drehbewegung um eine
Achse erteilt (wie schematisch durch den Doppelpfeil f1 angedeutet), welche zu einer
ausbreitungsebene des Spektrums parallel und in dem dargestellten Fall, bei welchem
der Spiegel M einen parabolischen Querschnitt hat, auch senkrecht zu der Achse der
Parabel liegt, wobei dann die Bingangarorrichtung G und die Ausgangsvorrichtung
G' ortsfest sind.
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Gemass einer weiteren Ausführungsform wird den Zerstreuungssystem
eine Pendelbewegung geringer Amplitude ul eine Achse r erteilt, wie dies schematisch
durch den Doppelpfeil f'1 dargestellt ist, wobei dann die Eingangsvorrichtung G,
die Ausgangsvorrichtung G1 und der Spiegel M ortsfest sind, diese ausführungsform
ist jedoch nur anwendbar, wenn der Apparat nicht mit Bestreichung arbeiten soll.
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Bei einer anderen Ausführungsfomr sind die Eingangsvcorrichtung und
die Ausgangsvorrichtung an einem gemeinsamen Rahmen oder Gestell angebracht, welchem
eine periodische Bewegung erteilt wird. Hier wird die Umkehrung ausgenutzt, welche
durch das Vorhandensein eines einzigen Spiegels oder durch eine ungerade Zahl von
optischen Ablenkvorrichtungen zwischen der Eingangsvorrichtung und der Ausgangsvorrichtung
erzeugt wird.
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Bei einer Ausfuh"rungsform, welche besonders vorteilhafte Ergebnisse
geliefert hat, ist die Erfindung auf
einen Spektralapparat angewandt,
bei welchem auf der durch eine Platte gebildeten Eingangsvorrichtung die Zonen der
beiden Serien durch Hyperbelbögen einer Schar von gleichseitigen Hyperbeln begrenzt
werden, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
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Der Arbeitateil dieser Eingangsvorrichtung wird durch ein Quadrat
10 begrenzt, dessen Seiten mit 11, 12, 13 und 14 bezeichnet sind, wobei der Mittelpunkt
0 des Quadrats auf der optischen Achse des Apparats liegt. Der erste Quadrant, welcher
durch die der Schar von gleichseitigen Hyperbeln angehörenden halben Mittellinien
15 und 16 des Quadrats begrenzt wird, enthält auf der Figur nicht schraffierte durchlässige
Zonen Z1 und diesen benachbarte mit ihnen abwechselnde auf der Figur schraffierte
undurchlassige Zonen Z1 wobei die Grenzen zwischen den Zonen durch Bögen von gleichseitigen
Hyperbeln H1 gebildet werden, welche die gleichen Asymptoten haben und auf der zu
der halben Mittellinie 16 parallelen Seite 12 gleiche Abschnitte abschneiden, welche
das Auflösungsvermögen des Spektralapparats bestimmen. Die Anordnungen der Hyperbelbögen
gn den drei anderen Quadranten sind in Bezug auf die Mittellinien symmetrisch. Die
Zone Z2 des zu dem ersten Quadranten in Bezug auf die halbe Mittellinie 15 symmetrischen
Quadranten, welche den halben Mittellinien 15 und 17 benachbart ist, igt undurchlässige
Die der Zone Z2 benachbarte Zone Z3 des dritten Quadranten ist durchlässig, und
die den Zonen Z1 und Z3 benachbarte Zone Z4 ist undurchlässige Eine derartige Eingangsvorrichtung
ist in dem Patent der Anmelderin ....... (Patentanmeldung Nr. 08.547 IXa/42h vom
15. Februar 1962)beschrieben, Die in Fig. 2 gegebene Darstellung der Eingangsvorrichtung
iet äusserst schematisch. In Wirklichkeit weist eine in der Praxis benutzte Vorrichtung
eine verhältnismässig grosse
Zahl von Zonen auf, welche mehrere
hundert betragen kann.
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Die Ausgangsvorrichtung G' ist so beschaffen, dass sie zonenweise
dem von dem Apparat gelieferten Bild der Eingangsvorrichtung G überlagert werden
kann. Für eine Vergrösserung des Apparats, welche gleich der Einheit ist, hat somit
die Ausgangsvorrichtung G' einen Umriss 10', welcher mit dem Umriss 10 der Bingangsvorrichtung
G identisch ist, und ihre Hyperbeln H' geben innerhalb des Quadrats 10' das gleiche
Muster wie die gyperbeln H innerhalb des Quadrats 10 wieder. Bei der in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsform liegendes Zonen einer Serie mit bestimmten Weiterleitungseigenschaften
der Ausgangsvorrichtung in der gleichen Weise wie die Zonen der Serie der Eingangsvorrichtung
mit den gleichen Weiterleitungseigenschaften. So ist die den halben Mittellinien
15' und 16' benachbarte Zone Z'1 des ersten Quadranten der Ausgangsvorrichtung durchlässig,
wie die Zone Z1 usw..
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Bei einer Ausführungsabwandlung sind die Lagen der Zonen der beiden
Serien umgekehrt, d.h. bei dieser Ausführungsabwandlung wurde, wenn die Eingangsvorrichtung
die in Fig. 2 dargestellte Ausbildung beibehalt, die Ausgangsvorrichtung gemäss
Fig. 3 eine undurchlässige Zone Z'1, eine durchlässige Zone Z'+ usw. aufweisen.
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Die ausgangsvorrichtung wird zweckmässig auf photographischem Wege
aus der Eingangsvorrichtung erhalten, wobei die Photographie durch den Apparat hindurch
erfolgt.
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Falls die Eingangsvorrichtung eine monochromatische Strahlung empfängt,
verschiebt sich ihr durch den Apparat geliefertes Bild gegenüber der Ausgangsvorrichtung,
wenn das Zerstreuungssystem R um die Achse r in Umdrehung versetzt
wird
(Bestreichung). Die Eingangsvorrichtung G und die Ausgangsvorrichtung G' haben in
ihren Ebenen zweckmässig eine solche Lage, dass eine ihrer Mittellinien parallel
zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums liegt. Die durch den Doppelpfeil F der
Fig. 3 angedeutete Ausbreitungsrichtung des Spektrums ist dann die Riehtung der
Mittellinie 16'.
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Mit einer Eingangsvorrichtung und Ausgangsvorrichtung der schematisch
in Fig. 2 und 3 dargestellten Art sieht die Erfindung Einrichtungen vor, welche
dem Bild der Eingangsvorrichtung gegenüber der Ausgangsvorrichtung periodisch eine
Translationsbewegung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums erteilen,
welche schematisch durch den zu dem Doppelpfeil F senkrechten Doppelpfeil f' angedeutet
ist.
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Diese Verschiebung kann, wie bereits erwahnt, durch eine Bewegung
der Eingangsvorrichtung G, oder durch eine Bewegung der Ausgangssorrichtung G',
oder durch eine Drehpendelbewegung des Spiegels M, oder durch eine Drehpendelbewegung
des Zerstreuungssystems R erzeugt werden.
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Es sei zunächst der Zustand betrachtet, bei welchem die Eingangsvorrichtung
einen Strahlungsfluss mit einer einzigen Wellenlänge empfängt, wobei sich das Zerstreuungssystem
in der Stellung befindet, in welcher diese Wellenlange die EinstellwellenlängeWst,
d.h. dass der Apparat von der Eingangsvorrichtung ein Bild liefert, welches der
Ausgangsvorrichtung u"berlagert ist, wobei das Bild einer beliebigen durchlEssigen
Zone mit einer durchlassigen Zone der Ausgangsvorrichtung zusammenfalls. Bei dieser
Uberlagerung tritt die gesamte Strahlungsenergie, welche durch die Eingangsvorrichtung
getreten ist, durch die Ausgangsvorriohtung, da Ja die Bider einer Jeden durchlassigen
Zone
der Eingangssorrichtung einer durchlässigen Zone der Ausgangsvorrichtung überlagert
sind. aemäss einer ersten Ausführungsform ist wahrend der periodischen Bewegung
des Bildes der Eingangsvorrichtung G gegenüber der Ausgangsvorrichtung G' eine der
Grenzlagen des Bildender Eingangsvorrichtung, welche schematisch bei 121 in Pig.
4 durch die Lage einer seiner zu der Ausbreitungs richtung des Spektrums parallelen
Seiten dargestellt ist, die Lage, in welcher es mit der Ausgangsvorrichtung zusammenfällt,
während die bei 122 schematisch dargestellte Lage der anderen Grenzlage der periodischen
Bewegung entspricht. aemass einer anderen Ausführungsform (Fig. 5) entspricht keine
Grenzlage des Bildes der Eingangsvorrichtung dem Zusammenfallen mit der Ausgangsvorrichtung,
so dass dieses Zusammenfallen in einer Zwischenstellung des Bildes der Eingangsvorrichtung
auftritt.
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Die bewegliche Vorrichtung weist zweckmassig an ihren zu der Ausbreitungsrichtung
des Spektrums parallelen Runden zwei sehr schmale Randstreifen auf, welche abgedeckt
oder abgeschnitten sind, so dass für die Einstellstellung des Zerstreuungssystems
die periodische Relativbewegung das Bild der Eingangsvorrichtung nicht aus der Oberflache
der Ausgangsvorrichtung herausbringt.
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In Fig. 1 sind schematisch Antriebseinrichtung.n 20 dargestellt,
welche der Eingangsvorrichtung G eine periodische Schwingbewegung senkrecht zu der
Ausbreitungsrichtung des Spektrums erteilen, wobei die Ubertragung 21 zwischen den
Antriebseinrichtungen 20 und der Vorrichtung G Einrichtungen 22 sur Ansfangseinstellung
der Stellung der Eingangsvorrichtung G
aufweist.
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Während in der Stellung der zonenweisen aber lagerung des Bildes
der Eingangsvorrichtung mit der Ausgangsvorrichtung die gesamte Strahlungsenergie
auf der betrachteten Einstellwellenlänge, welche durch die Eingangsvorrichtung getreten
ist, auch durch die Ausgangsvorrichtung tritt, ist für Jede andere gegenseitige
Stellung der Ausgangsvorrichtung und des Bildes der Eingangsvorrichtung wanrend
der periodischen Bewegung die Strahlungsenergie auf dieser Wellenlange, welche durch
die Ausgangsvorrichtung tritt, nur ein Bruchteil der Strahlungsenergie, welche durch
die Eingangsvorrichtung getreten ist.
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Uatsächlich ist bei der betrachteten Ausführungsform der Eingangsvorrichtung
und der Ausgangsvorrichtung für Jede Stellung des Bildes der Eingangsvorrichtung,
welche von der Ausgangsvorrichtung um eine Strecke verschieden ist, welche grosser
als die Länge des von zwei aufeinanderfolgenden Hyperbel -ästen auf einer zu der
Schwingungsrichtung parallelen Seite 11 oder 19 des Quadrats abgeschnittenen Abschnitts
(oder von der gleichen Grössenördnung) ist, die Strahlungsenergie auf dieser Wellenlange,
welche durch die Ausgangsvorrichtung tritt, nur noch gleich der Hälfte derJenigen,
welche durch die Eingangsvorrichtung getreten ist.
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Das Diagramm, welches die durch die Ausgangsvorrichtung tretende
Strahlungsenergie in Funktion der Zeit darstellt, hat dann den in Fig. 6 dargestellten
Verlauf, in welcher als Abszissen die Zeit t und als Ordinaten die Strahlungsenergie
E aufgetragen ist. Der Wert der Maxima entspricht der ganzen durch die Eingangsvorrichtung
getretenen Energie, während die Ordinate der Minima etwa der Hälfte dieser Energie
entspricht.
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Die Frequenz des in diesem Diagramm dargestellten Signals ist gleich
der Frequenz der Schwingbewegung in dem Falle der Anordnung gemäss Fig. 4. Die Frequenz
des Signals betragt jedoch das Doppelte der Frequenz der Schwingbewegung bei der
Anordnung gemäss Fig0 5.
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Wenn man jetzt ohne Veranderung der Stellung des Zerstreuungssysteis
auf die Eingangsvorrichtung eine Strahlungsenergie fallen lässt, deren Wellenlänge
von der Einatellwellenlange verschieden ist, hat das Diagramm, welches die durch
die ausgangsvorrichtung auf dieser Wellenlänge tretende Energie darstellt, die Form
einer waagerechten Geraden, wie in Fig. 7 dargestellt. Die praktisch konstante Energiemenge,
welche durch die Ausgangsvorrichtung auf dieser Wellenlange tritt, ist prakauf tisch
die Hälite derjenigen, welche/sie fällt, d.h. die Halfte der Energie, welche durch
die Eingangsvorrichtung getreten ist.
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Falls die Eingangsvorrichtung einen Strahlungefluss empfangt, welcher
Strahlungsenergie auf einer ersten Wellenlänge, Strahlungsenergie auf einer zweiten
Wellenlänge nlänge Strahlungsenergie auf einer dritten Welle/usw. enthalt, so ist
bei Bestreichung der Wellenlange nach, d.h. bei Veränderung der Stellung des Zerstreuungssystems
durch eine langsame Drehung des Gitters X um die Achse r, die durch die Ausgangsvorrichtung
auf einer ersten Wellenlänge tretende Strahlungsenergie standig gleich der Hälfte
der auf die Ausgangsvorrichtung fallenden Strahlungsenergie auf dieser Wellenlänge,
ausser wenn sich das Zerstreuungssystem in seiner Binstellstellung fur diese Wellenlange
befindet. In dieser Stellung liefert die Strahlungsenergie auf dieser Wellenlänge
von der Eingangsdvorrichtung ein Bild, welches während der ein Merkmal der Erfindung
bildende Schwingune
oder periodischen Bewegung mit der Ausgangsvorrichtung
zusammenfällt, und bei diesem Zusammenfallen tritt die Gesamtheit der auf dieser
wellenlänge auf die Ausgangsvorrichtung fallenden Energie durch die usgangsvorrichtung.
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In Fig. 8 sind schematisch die gegenseitigen Stellungen der ausgangsvorrichtung
G' und der Bilder £ der eingangsvorrichtung in der Ebene der Ausgangsvorrichtung
während einer Bestreichung der Wellenlänge nach dargestellt. In dem Zustand I liegt
das von einer Strahlung einer bestimmten Wellenlange gelieferte (punktiert dargestellte)
Bild g1 der Eingangsvorrichtung in der Ebene der Ausgangsvorrichtung ganz ausserhalb
der Ausgangsvorrichtung, und zwar in Fig. 8 links von derselben.
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Durch waagerechte, zu der Bewegungerichtung oder Auebreitungsrichtung
des Spektrums parallele Striche sind schematisch die Grenzetellungen des Bildes
der Eingangsvorrichtung wahrend der Schwingung dargestellt. In dem Zustand II liegt
das Bild g2 der eingangsvorrichtung der Überlagerung mit der Ausgangsvorrichtung
sehr nahe. Diese Überlagerung wird indem Zustand III erreicht, welcher für die Einstellstellung
des Zerstreuungssystems fur die betrachtete Wellenlänge erhalten wird. Selbst in
diesen Zustand stellt sich jedoch erfindungsgemäss infolge der per iodischen Bewegung
mit verhältnismässig hoher Frequenz, welche zwischen der Ausgangsvorrichtung und
dem Bild g3 der Eingangsvorrichtung vor handen ist, die genaue Überslagerung nur
periodisch ein. Der Zustand IV entspricht dem Zustand II, Jedoch mit einer Symmetrie
der Lage in Bezug auf die Einstellstellung, und den Zustand t entspricht der Zustand
1, Jedoch mit einer Symmetrie der Lage in Bezug auf die Einstellstellung.
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Das von dem Zmpfanger D gelieferte Signal hat
dann
den in Fig. 9 gezeigten Verlauf. Es ist null, solange keine Überdeckung zwischen
dem Bild der Eingangsvorrichtung und der Ausgangsvorrichtung vorhanden ist. Hierauf
wachst es langsam zwischen der Stellung I und der Stellung II nach Maßgabe der Zunahme
der gemeinsamen Oberflache zwischen der Ausgangsvorrichtung und dem Bild der Eingangsvorrichtung.
In der Nahe der Einstellstellung ändert es sich periodisch, wobei die Hüllkurve
der inderungen eine leitung hat, welche erheblich grosser als die des Diagramms
zwischen der Stellung I und der Stellung II ist, wobei diese Neider Stellung II
und gung sunachst swischen/der Stellung III einem Ansteigen und hierauf zwischen
der Stellung III und der Stellung IV einem Abfallen entspricht, worauf das Signal
von der Stellung IV bis zu der Stellung V langeam abnimmt, um wieder den Wert null
anzunehmen, wenn keine Uberdeckung zwischen dem Bild der Eingangsvorrichtung und
der ausgangsvorrichtung mehr vorhanden ist.
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Durch elektronische Behandlung dieses Signale z.B. in einem auf die
Schwingungsfrequenz abgestimmten Wechselstromverstärker kann man ein Signal erhalten,
welches fur die durch die eingansvorrichtung tretende Strahlungsenergie kennzeichnen
ist, wie in Fig. 10 dargestellt, wobei die Abszisse des Maximums fur" die betreffende
Wellenlange der Energie kennzeichnend ist und die Lokalisierung derselben in dem
Spektrum gestattet, während die Ordinate kennzeichnend für die auf dieser Wellenlänge
trsnsportierte Energiemenge ist.
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Das am Ausgang des Verstärkers auftretende Signal ist ein dreieckiges
Spektrometersignal, von welchem aus lan das Auflösungsvermögen definieren kann,
welches umgekehrt proportional zu den Abstand zwischen den beiden Punkten ist,
welche
auf halber Höhe der Abschnitte mit verhältnissässig schr st@iler Heigung des silgnel
liegen. tritt einer Beinsngvsverichtung uni einer Aus-@@@@@richtung der in Fig.
2 und 3 dergestellten Art hat der erfl@@@@@gemässe Apparat ein Auflösungsvermögen,
welches gleich dem ein üblichen spaltepektrometers ist, dessen Spaltbreite gleich
der Lönge es Abshbeitts ist, welcher auf einer seite der Vorrichtung von swei aufeinanderfolgenden
Hyperbelbögen defrineiert wird. Dei Lichtstärke des spektrementerders entspricht
Jedoch der stemhungennrgie, welches fu"r die einstellstellung des Zero treuun@@ystems
durhc die ausgemsvroorichtung tritt und infolgedesenm gleich der durhc die Ein@@gavorrichgun
tretenden Energie ist, wal@@ gleich der Hälfte der auf die Eingansevorrichtung fellenden
@@@gie ist (infolge der Geichheit der Gesmtheit der Flächen der durchläesigen Zonen
und der gesmetheit der Pla"chen der undurchsichtigen zonen), wobei diene Energie
unter sonst gleichen unständen beträdhtlich grösser, und zwar mehrer hundertemal
so gross, als die einse Spaltaspektrometers nit gleichem auflösungsverßöggen ist.
wenn p die Lönge des oben definieerten, das Auflösungevermögen bestimenden Abschnitts
ist, wurden gute @@gebiene durch wehl einer schwingungeemplitude A erhalten, bei
welcher des Verhältnie p zwiechne 1/2 und 2 liegt. pei einer durch ein Quadrat rilt
30 mm Seiten lö@@@ begrenzten Eingange- oder Ausgangevorruichtung und einem Abschnitt
B vor' 0,1 mm liegt also die Schwingungsamplitude @@@@@@en 0,05 mm und 0,2 mm. die
Erfindung zieht fernor vor, dass die Schej@@@@@ @@tstt eine Tr@@@lstich@@wegund
ine Drehbewegung
ist. Wenn die Drehbewegung eine Pendelbewegung
ist, ist eine Amplitude in der Grössenordnung von 10 Bogenminuten für Eingangs-und
ausgangsvorrichtungen der oben definierten Art zweckmassig.
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Eine derartige Anordnung mit einer Drehschwingung ist zweckmässig
fur Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen anwendbar, bei welchen die Grenzen der Zonen
von zwei Serien geradlinig sind.
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Die Frequenz der Schwingbewegung wird entsprechend dem getunschten
Ergebnis gewählt. Die Erfindung sieht hierfür vor, dass die Periode der Schwingung
mindestens funfmal kleiner und vorzugsweise mindestens zehnmal kleiner als die Zeit
ist, welche das Spektrometer zur Bestreichung einer isolierten Linie braucht, d.h.
die Zeit, welche der Verschiebung des Spektrums um eine dem Auflösungsvermögen gleiche
Breite entspricht.
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Man kann ohne Schwierigkeit eine sehr hohe Schwingungsfrequenz infolge
der geringen Amplitude der Schwingbewegung verwirklichen und so erforderlichenfalls
sehr schnelle Bestreichungen der Wellenlänge nach ermöglichen.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 11 erfüllt eine einsige Vorrichtung
E die Aufgabe der Eingangevorrichtung und der Ausgangsvorrichtung. Ihr Mittelpunkt
c liegt im Brennpunkt des Kollimatorspiegels M. Sie weist eine Serie von undurchlaasigen
Zonen g, welche wenigstens auf ihrer der Strahlenquelle S abgewandten Seite reflektierend
sind, und eine Serie von durchlassigen Zonen t auf. Sie iet zwischen der zu analysierenden
8trahlenquelle 8 und dem Kollimatorspiegel M angeordnet. Von da von der Strahlenquelle
S ausgehenden, durch den Strahl P schematisch dargestellten Strahlungsfluss liefert
die Eingangsvorrichtung E aus dem durchtretenden Bundel eine Reihe von Einzolbundeln
P1, welche von dem Kollleatorepiegel M reflektiert
werden, und
von Jedem Einzelbündel P1 liefert das Gitter R, wenn die von der Strahlenquelle
ausgesandte Strahlung polychromatisch ist, eine Vielzahl von Einzelbündeln P2, deren
Jedes einer in dem betreffenden Einzelbündel P1 enthaltenen Wellenlãnge entspricht.
Die Einzelbündel P2 werden von dem Kollimatorspiegel M auf die Vorrichtung E zurückgeworvfen,
und die reflektierenden Zonen g derselben liefern aus den Einzelbundeln P2, da die
die Vorrichtung E bildende Platte nicht genau senkrecht zu der Richtung der Strahlen
P liegt, Einzelbundel PD, welche von dem Spiegel m auf den Empfänger D konzentriert
werden.
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Die Zonen der beiden Serien, welche die Vorrichtung E enthält, entsprechen
den allgemeinen Bedingungen, welche oben fur die Eingangs- oder Ausgangsvorrichtung
der in Figur dargestellten Anlage definiert wurden. Ferner besteht eine zusätzliche
Bedingung - welche für die Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen in der anlage gemäss
Fig. 1 nicht zwingend ist, aber von diesen erfüllt werden kann, wie dies übrigens
bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 und 3 der Fall ist - darin, dass die Form
der Zonengrenzen bei einer Anlage gemäss Fig. 11 ein Muster bildet, welches einen
Synimetriepunkt aufweist, welcher der Mittelpunkt der Vorrichtung ist0 Die Erfindung
sieht Ausführungen einer derartigen Vorrichtung vor, bei welchen zwei in Bezug auf
den Mittelpunkt symmetrische Zonen die gleiche Weiterleitungseigenschaft fur den
Strahlungsfluss haben, so dass sie z.B. beide durohlässig oder beide undurchlässig
und reflektierend sind sowie Ausführungsfomren. bei welchen zwei symmetrisch in
Bezug auf den Symmetriepunkt liegende Zonen verschiedene Weiterleitungseigenschaften
fur die Strahlung haben, so dass dann eine
durchlössige zone symmetrisch
au einer undurchlässigen reflektidrende zone iegt, und vegekthe. Die die Einzelbündel
P1 und p2 liefernden optichen Birichungne sind Co beschaffen, dass sie Für eine
mornchrematische strahlung vonk der Vorrichtung E ein Bilde lieftern. welches zomenweise
der vorrichtunfg überlagert ist, cs @@@ sie Schlbsthellimstiachichrichtungen biden.
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Fig, 12 zeigt z.b. eine Vorrichung E. mit gleichen, d.h. quadretischen
Umries und mit gleicher Form der die Zen@@ begrensenden Linien, nämlich Bögen von
gleicheeitigen hYperbolm, wie bei den Ausfährungsfomren gemäss Fig. 2 und 3. wobei
diese Vorrichtung der ersten Aseführungeform angehört, d.h. die in Beosung auf dem
Mittelg@@t # symmetrischen Zonen 21 und 22 sind beide durchlässig, die sbenflalein
Besung auf den Mittelpunkt # @@@trimswchen Zenen 23 und 24 sind beide reflektierendm,
was durch @@@@uste @@@@ffurem angedeutet ist.
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Fie in Fig. 15 schamatisch dargestellte Vorrichtung gehört der zwiten
Ausführungsfomfrt an d.h. die Zone 23 ist durchlössig und die zu der Zone 25 in
Bezug auf den Hittelpunkt @ @@@tmische zone 25 ist reflektiertend, was durch gekreuzto
Sc@@@furem @@gedutet ist, Bei zone 27 ist undurchlässig und reflektierend, und die
su derZene 27 in Besug auf den Mittelpunk@@ @ @@@@tmichse Ziene 28 it durchlässig.
Eine vorrichtung gesä@@@ dieser Ausfführungsferm ist in Fig. 11 dargetellt.
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Bei Erindung sicht vor, der vorrichung E und/eder dem von deieser
durch den Apparat gelieferten Bild eine Sch@@@gwegung zu orteilen.
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Sie betrifft eine erste Ausführungsform, genäss welcher diers Bewegung
durch eine Schwingbewegung des Kollimatespicgels n eder einor amdereon Kollimatorvorischtung,
welche
zwischen der Vorrichtung E und dem von dieser durch den Apparat gelieferten überlagerten
Bild angeordnet ist, erzeugt wird.
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In Fig. 11 ist strichpunktiert eine Achse a angedeutet, welche in
der Nähe der Nutzfläche des Spiegels senkrecht zu der optischen Achse desselben
und parallel zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums, liegt und um welche dem
Spieleg M eine Schwingbewegung erteilt werden kann, wie dies durch den Doppelpfeil
f1 angedeutet ist.
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Die Erfindung sieht ferner eine Ausflhrungform vor, bei welcher die
einzige Vorrichtung E eine hin und her gehende T'ranslationsbewegung in Richtung
des Pfeils f ausführt, wobei die Verschiebung des von dem Apparat gelieferten Bildes
der Vorrichtung gegenuber dieser Vorrichtung das Doppelte der Verschiebung der Vorrichtung
gegenüber einem festen Bezugspunkt beträgt und den entgegengesetzten Sinn hat. Bei
dieser Ausführungsform kann also unter sonst gleichen Umständen die Amplitude der
Wechselbewegung der Vorrichtung halb so gross wie bei den vorhergehenden Ausführungen
gewählt werden.
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Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausfuhrungsform mit einer Vorrichtung
derin Fig. 13 dargestellten Art entspricht, wenn sich das Zerstreuungssystem R in
der einer in dem von der Strahlenquelle S ausgesandten Fluss enthaltenen Wellenlange
entsprechenden Einstellstellung befindet und keine Schwingbewegung vorhanden ist,
einem Einzelbündel P19 welches durch einen durchlässigen Abschnitt der' Vorrichtung
E getreten ist, nach Reflexion an dem Spiegel M ein einzelbündel P2, welches zu
der Vorrichtung E zuruckkehrt und genau auf eine reflektierende Zone
derselben
trifft, so dass das reflektierte Binzelbündel P3 dem Empfänger D die gesamte Strahlungsenergie
des Einzelbun"dels P1 zufuhr"t.
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Falls der Apparat gemäss Fig. 11 eine Vorrichtung 3 der in Fig. 12
dargestellten Ausführung enthält, entspricht einem einzelbündel P1, welches durch
die Vorrichtung E getreten ist und auf den Spiegel M fällt, unter den gleichen Bedingungen
ein Sinzelbündel P2, welches nach einer neuen Reflexion an dem Spiegel durch die
Vorrichtung E in einer Zone tritt, welche zu der des Durchtritts des Einzelbündels
Pi symmetrisch ist, d.h. in einer durchlassigen Zone der Vorrichtung. Das Einzelbündel
P2 wird also nicht dem Empfanger D zugeführt.
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Falls das Einzelbündel Pi eine Strahlung transportiert, deren Wellenlänge
von der der Stellung des Zerstreuungssystems entsprechenden einstellwellenlänge
verschieden ist, fillt in dem Arbeitsbereich des Spektrometers das Einzelbündel
P2, welches aus diesem von dem Zerstreuungssystem R und dem Spiegel M gebildet wird,
zum Teil auf eine durchlässige Zone und zum Teil auf eine reflektierende Zone, so
dass unter sonst gleichen Umstanden der Einfluss der auf dieser Wellenlange transportierten
Energie auf den Empfanger D nicht der gleiche ist, als wenn diese Wellenlange die
einstellwellenlänge ist.
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Die gegenseitige Schwingung zwischen dem auf der Vorrichtung 3 vorhandenen
Muster und dem in ihrer Ebene von diesem durch den Apparat gelieferten Bild gestattet
unter den oben erläuterten Bedingungen entsprechenden Bedingungen, ein spektrometersignal
zu erhalten, Man erhalt eine grosse Stabilität des zusammenbaus und der Einstellung,
da di. in Schwingungen versetzten
optischen Einrichtungen so weit
von den anderen optischen Einrichtungen entfernt sind, dass die Schwingungen auf
diese letsteren keine Wirkung haben.
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Die Gesamtanordnung hat einen geringen Platzbedarf sowie ein geringes
Gewicht und ist besonders einfach, da eine einfache Vorrichtung die Aufgabe der
Eingangsvorrichtung und der Ausgangsvorrichtung erfüllt.
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Die Anwendung einer Selbstkollimationsanordnung gestattet, die in
einem Spektralapparat vorgesehenen Eollimatoreinrichtungen besser auszunutzen. In
Fig. 15 sind schemader tisch durch einen in der Ebene/eingans- und/oder Ausgangsvorrichtung
gezeichneten Kreis 34 die Zone, in welcher die durch Kollimatoreinrichtungen eingeführten
geometrischen Aberrationen annehmber sind, sowie der Umriss G einer Eingansvorrichtung
und der Umriss G' einer Ausgangsvorrichtung, welche in diese Zone eingeschrieben
sind, falls räumlich getrennte Vorrichtungen benutzt werden, und der Umriss einer
einzigen Vorrichtung E, welche durch die Anwendung der Selbstkollimation möglich
wird und ebenfalls in diese Zone eingeschrieben ist, dargestellt. Der Vergleich
der Innenfläche des quadratischen Umrisses E und der Innenfläche des Umrisses G
oder G' zeigt, dass unter sonst gleiohren Bedingungen die Anwendung einer Selbstkollimationsanordnung
gestattet, einen Spektralapparat grösserer Lichtstärke und eo mit grösserer Empfindlichkeit
zu erhalten.
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Die Erfindung sieht ein Verfahren sur Herstellung einer einzigen
Vorrichtung vor, welche die Aufgabe einer Eingangsvorrichtung und einer Ausgangsvorrichtung
eines Spektralapparats erfüllt wobei Selbstkollimationseinrichtungen benutzt werden.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Muster nur
auf einer durch eine durch den Symmetriepunkt gehende Gerade begrenzten Hälfte dieser
einzigen Vorrichtung hergestellt wird, wärhend die andere Hälfte durch Phtographie
dieser ersten Halfte durch den Apparat hindurch, d.h. durch die aollioratorvorrichtung
oder die Kollimatorvorrichtungen und das Zerstreuungssystem hindurch, erhalten wird.
Für diese Photographie wird das Zerstreuungssystem zweckmässig in seine mittlere
Stellung in dem Benutzungsbereich gebracht. Hierdurch werden von vornherein die
durch den Apparat eingeführten Aberrationen berichtigt, wobei infolge des Prinzips
der umgekehrten Rückkehr des Lichts diese Berichtigung sowohl für die eine als auch
für die andere Hälfte der Vorrichtung gilt. Eine derartige Ausführungsform gestattet,
mit einem bestimmten Zerstreuungssystem ein verhältnismässig sehr breites Spektralintervall
zu analysieren.
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Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform einer Spektrometervorrichtung
mit Serien von Zonen, welche in einem erfindungsgemässen Spektralapparat benutzt
werden kann. Bei dieser ausführungsform besteht die Vorrichtung aus vier Quadranten
30, 31, 32, 33, deren Jeder ein Muster von Bögen von gleichseitigen Hyperbeln tragt,
entsprechend dem Muster der vier Quadranten der ausfüfhrungsformen gemäss Fig. 2,
3 und 12, 13. Bei der AusfRhrungefora gemäss Fig. 14 ist Jedoch die gegenseitige
Anordnung der vier Quadranten anders, und zwar so, dass die Seiten der Quadranten,
mit welchen die HyperbelbOgen die kleinsten Abschnitte definieren, die Mittellinien
des Quadrats bilden, wahrend sie bei den Ausrungen gemäss Fig. 2, 3 und t2, 15 die
Seiten der Quadrat. bilden. Eine derartige Ausfuhr"ung gestattet, den Einfluss
der
geometrischen Aberrationen eines Kollimatorspiegels der bei M dargestellten Art
zu verringern, da die Abstände der Teile der Vorrichtung, in welchen die Zonengrenzlinien
sehr nahe beeinanderliegen, von der optischen Achse des Spiegels unter sonst gleichen
Verhaltnissen kleiner als beiden Ausfuh"rungen gemäss Fig. 2, 3 und 12, 13 sind.
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Eine Vorrichtung der in Fig. 14 dargestellten Art kann in einem Spektralapparat
mit einer getrennten Eingangsvorrichtung und Ausgangsvorrichtung, wie in Fig. 1
dargestellt, oder in einem Spektralapparat mit einer einzigen Vorrichtung sowie
mit Selbstkollimationseinrichtungen, wie in Fig. II dargestellt, und auch in einem
Apparat, welcher keine Binrichtungen zur periodischen Verschiebung des Bildes der
Eingangsvorrichtung gegenüber der Ausgangsvorrichtung aufweist, benutzt werden.