DE1447246A1 - Spektralapparat - Google Patents

Spektralapparat

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DE1447246A1
DE1447246A1 DE1964O0010499 DEO0010499A DE1447246A1 DE 1447246 A1 DE1447246 A1 DE 1447246A1 DE 1964O0010499 DE1964O0010499 DE 1964O0010499 DE O0010499 A DEO0010499 A DE O0010499A DE 1447246 A1 DE1447246 A1 DE 1447246A1
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    • 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
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2846Investigating the spectrum using modulation grid; Grid spectrometers

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Spektralapparat Die Erfindung betrifft die SpeXtralanalyse.
  • 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.
  • 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.
  • Bekanntlich ist bei derartigen Spaltspektrometern das Auflösungsvermögen zu der Spaltbreite umgekehrt proportional und daher umso grösser, Je schmaler der Spalt ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung sieht Ausfuhr"ungen vor, bei welchen die periodische Bewegung des Bildes der Eingangsvorrich tung gegenüber der ausganggsvorrichtung eine Translationsbewegung ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • >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.
  • 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.
  • Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erlautert.
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Spektralapparats.
  • Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer ausführungsform einer Eingangsvorrichtung eines derartigen Apparats.
  • Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer entsprechenden Ausgangsvorrichtung.
  • Fig. 4 zeigt schematisch in kleinerem Maßstab eine Ausgangsvorrichtung mit einem uberlagerten Bild der Eingangs-Vorrichtung für verschiedene Stellungen wahrend ihrer Relativbewegung.
  • Fig. 5 iet eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht einer Ausführungsabwandlung.
  • Fig. 6 ist ein Schaubild.
  • Fig. 7 ist ein anderes Schaubild.
  • Fig. 8 zeigt die gegenseitigen Stellungen der ausgangsvorrichtung und des Bildes der Eingangsvorrichtung bei einer Bestreichung des Spektrums in der Nahe einer Einstellstellung.
  • Fig. 9 ist ein schematisches Schaubild des Empfängermigenals.
  • Fig. 10 iet ein Schaubild des Spektrometersignach, bei welchem der Ordinatenmaßstab betrachtlich kleiner als in der, Praxis ist.
  • Fig. 11 seigt eine andere Ausführungsform in einer der Darstellueg der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.
  • Fig. 12 ist eine vereinfachte Ansicht einer einen Bestandteil des Apparat geBass dieser ausführungsform bildenden Vorrichtung.
  • Fig. 13 ist eine der Fig. 12 entsprechende Ansicht einer Ausführungsabwandlung.
  • Fig. 14 ist eine Vorderansicht einer Eingangs-und/oder Ausgangsvorrichtung.
  • Fig. 15 ist ein erläuterndes Schema.
  • 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'.
  • Die Ausgangsvorrichtung G' besitzt zwei Serien von Zonen, wobei die Zonen einer ersten Serie durchlassig und die Zonen der zweiten Serie undurchlassig sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Pfeil f deutet eine periodische geradlinige Bewegung in einer zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums senkrechten Richtung an.
  • 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.
  • Gemäss einer anderen Ausführungsabwandlung ist die periodische Bewegung eine Drehbewegung um eine durch das Zentrum der Eingangsvorrichtung oder der Ausgangsvorrichtung gehende Achse.
  • Die Drehbewegung kann eine hin und her gehende Bewegung, d.h. eine Pendelbewegung sein.
  • Sie kann auch eine gleichförmige Bewegung sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • Die ausgangsvorrichtung wird zweckmässig auf photographischem Wege aus der Eingangsvorrichtung erhalten, wobei die Photographie durch den Apparat hindurch erfolgt.
  • 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'.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine derartige Anordnung mit einer Drehschwingung ist zweckmässig fur Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen anwendbar, bei welchen die Grenzen der Zonen von zwei Serien geradlinig sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei Erindung sicht vor, der vorrichung E und/eder dem von deieser durch den Apparat gelieferten Bild eine Sch@@@gwegung zu orteilen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (26)

  1. patentansprüche 1.) Spektralapparat mit einer Eingangsvorrichtung und einer Ausgangsvorrichtung, deren Jede zwei Serien von Zonen aufweist, welche sich durch ihre Weiterleitungaeigenschaften für die Strahlung unterscheiden, wobei die von dem Apparat durch eine Strahlung mit einer Wellenlänge gelieferten Bilder der Zonen der Eingangsvorrichtung fu"r die dieser Wellenlänge entsprechende Einstellstellung des Zerstreuungssystems zonenweise mit den Zonen der Ausgangsvorrichtung zusammenfallen und der durch eine Serie von Zonen der Ausgangsvorrichtung gelieferte strahlungsfluss sich verhältnismässig sehr schnell andert, wenn das Zeretreuungaystem nach der einen oder der anderen Seite aus dieser Einstellstellung gebracht wird, und hierauf nur verhältnismässig sehr langsam, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche das Bild der Eingangsvorrichtung (G) gegenüber der Ausgangsvorrichtung (G') gemäss einer periodischen Bewegung verschieben, wobei die Frequenz dieser periodischen Verschiebung so gross ist, dass mehrere periodische Verschiebungen wahrend der Zeit erfolgen, welche der serhältnismassig schnellen Änderung des Augsgansflusses ntspricht, welche durch die Verschiebung des Zerstreuungssystems (R) aus seiner Einstellstellung erzeugt wird.
  2. 2.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass die periodische Bewegung eine Translationsbewegung ist.
  3. 3.) Apparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Translationsbewegung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums liegt.
  4. 4.) Apparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Translationsbewegung parallel zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums liegt.
  5. 5.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekenne. zeichnet, dass die periodische Bewegung eine Drehbewegung ist.
  6. 6.) Apparat nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Bewegung eine Pendelbewegung ist.
  7. 7.) Apparat nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung kontinuierlich ist.
  8. 8.) Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Photozelle (D), welche den Ausgangsfluss mepfängt, und welcher ein auf die Frequenz der periodischen Bewegung abgestimmter Apparat zur elektronischen Behandlung nachgeschaltet ist.
  9. 9.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Bewegung durch eine Verschiebung der Eingangsvorrichtung (G) erzeugt wird.
  10. 10.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Bewegung durch ein. Verschiebung der Ausgangsvorrichtung (G') erzeugt wird.
  11. 1 Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekenazeichnet, dass die Ausgangsvorrichtung (G') und die Eingsngsvorrichtung (G) von dem gleichen Gestell getragen rdot, welchem eine periodische Bewegung erteilt wird.
  12. 12.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung von der periodischen Verschiebung einer Kollimatorvorichtung (M) horrlhrt.
  13. 13.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Bewegung von der periodischen Verschiebung des Zerstreuungssystems (R) herruhrt.
  14. 14.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsvorrichtung (G) und die Ausgangsvorrichung (G') beide eine einzige Serie von hinsichtlich der Weiterleitung wirkeamen Zonen aufweisen.
  15. 15.) Apparat nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, das. die Photozelle (D) einen einzigen Fluss enpfang"t, welcher von der Serie der Arbeitszonen der Ausgangsvorrichtung (G') herrührt.
  16. 16.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsvorrichtung (G) und die Ausgangsvorrichtung (§') parallel zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums genossen verhältnismässig sehr schmale und verhältnismaßeigeehr breite Zonen sowie Zonen mit dazwischen liegender Breite aufweisen, wobei die Minderung dieser Breite in Funktion des Abstands von einen der Bander der Vorrichtung einer nicht linearen Gestzmässigkeit folgt.
  17. 17.) Apparat nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonengrenzen zu der Ausbreitungsrichtung des Spektrums senkrechte Gerade sind, und dass die Richtung der periodischen Bewegung nicht senkrecht auf der Auebreitungserichtung des Spektrums steht.
  18. 18.) Apparat nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonengrenzen Hyperbelbögen (H1) einer Schar von gleichseitigen Hyperbeln sind.
  19. 19.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Grenzen der Bewegung zur periodischen Relativverschiebung dem zonenweisen Zusammenfallen des Bildes der Eingangsvorrichtung (G) und der Ausgangsvorrichtung (G') entspricht.
  20. 20.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zonenweise Zusammenfallen des Bildes der Eingangsvorrichtung (G) und der Ausgangsvorrichtung (G) einer Stellung entspricht, welche von den Grenzstellungen der Bewegung zur periodischen Relativveschiebeung gleichheit entfernt ist.
  21. 21.) Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Selbstkollimationseinrichtungen, wobei die Ausbildung so getroffen ist, dass die Aufgabe der Eingangsvorrichtung und der Ausgansvorrichtung von einer einzigen Vorrichtung (E) erfüllt werden kann, welche zwei Serien von Zonen (t, g) mit verschiedenen Weiterleitungseigenschaften für die Strahlung aufweist.
  22. 22.) Apparat nach Anspruch 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster der Zonengrenzen eine zentrale Symmetrie besitzt.
  23. 23.) Apparat nach Anspruch 1 und 2?,, dadurch gekennzeichent, dass zwei in Bezug auf das Zentrum () symmetrische Zonen (21, 22) die gleiche weiterleitungseigenschaft haben.
  24. 24.,) Apparat nach Anspruch 1 und 2?, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Bezug auf das Zentrum (C) symmetrische Zonen (25, 26) verschiedenen Weiterleitungseigenschaften haben.
  25. 25.) apparat nach Anspruch 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Bewegung mit verhältnismässig hoher Frequenz der einzigen Vo0rrichtung (E) ertoilt wird, welche die aufgabe einer Eingantgsvorrichtung und einer Ausgangsvorricgtung erfüllt.
  26. 26.) Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangevorrichtung (G) oder die Ausgangsvorrichtung (G') durch die Nebeneinanderlagerung von vier Quadranten (30, 31, 32, 33) gebildet wird, deren Jeder Serien von Zonen mit verschieden,en Weiterleitungseigenschaften aufweist, welche durch Bogen von gleichseitigen Hyperbeln begrenzt werden, wobei die Quadranten Bo angeoirdnet sind, dass ihre ausseren Seiten Abschnitte von Asymptoten der Hyperbelschar sind, aus welcher diese Bögen abgeleitet sind.
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