DE2225870A1

DE2225870A1 - GRID MONOCHROMATOR, IN PARTICULAR FOR COLOR METRICS

Info

Publication number: DE2225870A1
Application number: DE19722225870
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-27
Filing date: 1972-05-27
Publication date: 1973-12-06

Description

Gittermonochromator, insbesonders für die arbmetr3.l. Grating monochromator, especially for the arbmetr3.l.

in der Farbmetrik werden an die Genauigkeit der spoktralen Renissionsmessungen erheblich höhere Ansprüche gestellt, als in der normalen Transmissionsphotometrie. Es ist daher erf orderlich, Monochromatoren mit möglichst großen Lichtleitwerten zu verwenden, Un1 genügend große Nutzlichtströme zu erhalten, die sich hinreichend über den natürlichen Rauschüntergrund hervorheben.In colorimetry, the accuracy of the spoctral refraction measurements made considerably higher demands than in normal transmission photometry. It is therefore necessary to use monochromators with the highest possible light conductance values to use Un1 to obtain sufficiently large useful luminous fluxes that are sufficient Highlight over the natural rough background.

Man niuß dabei in Rechnung setzen, daß in den verschiedenen Meßgeoinetrien zwangsläufig nur ein Bruchteil des von den Proben remittierten Lichtes auf dem Photodatektor zur Wirkung kommt.One must take into account that in the various geo-geometries inevitably only a fraction of the light remitted by the samples on the photo detector comes into effect.

Hinzukommt, daß besonders im Bereich niedriger Probenremissionen eine hohe Meßgenauigkeit gefordert wird. Das Auge ist bekanntlich wegen seiner etwa logarithmischen Ansprechempfindlichkeit in der Lage den Farbton bei sehr dunklen Proben viel genauer zu erfassen als dies mit den normalerweise üblichen Spektralphotometern bislang mögli.ch ist.In addition, especially in the area of low sample remissions, a high measurement accuracy is required. The eye is known to be roughly logarithmic because of its Responsiveness capable of making the hue much more accurate in very dark samples than with the usual spectrophotometers up to now is possible.

Auch die Ansprüche an Streulichtfreiheit sind sehr hoch, so daß in der Regel für anspruchsvolle Remissionsphotometer Doppelmonochromatoren verwendet werden.The demands on freedom from stray light are also very high, so that in usually used for sophisticated reflectance photometers double monochromators will.

Auf der anderen Seite werden an die spektrale Bandbreite bei den Remissionsmessungexl keine besonders hohen Anforderungen gestellt, so daß hier effektive Spektralbandbreiten in der Gegend von 5 - 10 Nanometer durchaus ausreichen.On the other hand, the spectral bandwidth in the remission measurements is exl no particularly high demands are made, so that effective spectral bandwidths in the region of 5 - 10 nanometers are quite sufficient.

Auch der erforderliche Wellenlängenbereich von etwa 400 - 700 Nanometer liegt im Vergleich zur normalen Spektralphotometrie bei der die Messungen vom UV bis zum nahen Infrarotgefordert werden, wesentlich günstiger so daß Vereinfachungen in Bezug-auf die optischen Bauteile möglich sind.Also the required wavelength range of around 400 - 700 nanometers is in comparison to normal spectrophotometry in which the measurements from the UV up to near infrared are required, much cheaper so that simplifications in relation to the optical components are possible.

In diesem Spektralbereich haben die Gitter den Vorteil einer höheren Dispersion, und führen sich gegenüber den Glasprismen in den Monochromatoren immer mehr ein. Ein Nachteil der Gitter besteht darin, daß ihre Hersteilung sehr kompliziert ist und einwandfreie Gitter aus diesem Grund recht kostspielig sind.In this spectral range, the gratings have the advantage of being higher Dispersion, and always lead towards the glass prisms in the monochromators more one. A disadvantage of the grids is that they are very complicated to manufacture and perfect grids are quite expensive for this reason.

Es wäre daher von großem Vorteil wenn Farbmeßmonochromatoren so ausgelegt werden könnten, daß eine mehrfache Ausnutzung der Gitter möglich wäre.It would therefore be of great advantage if color measurement monochromators were designed in this way could be that a multiple use of the grid would be possible.

In der vorliegenden Erfindung wird ein besonders ür die Zwecke der Farbmetrik ausgerichteter Gittermonochromator beschrieben, dessen wesentl ichstes Kennzeichen gegenüber bekannten Auslegungen darin besteht, daß das Gitter doppelt ausgenutzt wird. In de vorgelegten Erfindung läßt sich dies besonders einfach in Verbindung mit einem Glaschromaten als Kollimator erreichen, wobei durch besondere Maßnahmen verhindert wird daß von den Glasflächen reflektierte Licht des Beleuchtungsstrahlenganges in den austretenden Strahlengang fällt.In the present invention, a particular for the purposes of Colorimetry aligned grating monochromator described, its essential Characteristic of known designs is that the grid is double is exploited. In the present invention, this can be particularly easily shown in Achieve connection with a glass chromate as a collimator, whereby by special Measures are taken to prevent light of the illuminating beam path reflected from the glass surfaces falls into the exiting beam path.

Die Abb. 1 zeigte eine schematische Skizze der Monochrematorauslegung.Fig. 1 shows a schematic sketch of the monochremator design.

Das aus der hier nicht eingezeichneten Beleuchtungseinrichtung eintretende Licht fällt durch den Eintrittsspalt (1) auf den Kollomator (2) und kommt als paralleles Licht auf das in Lit-trowanordnung aufgestellte Gitter (3), das um eine um einen kleinen Winkel gegen die Vertikale geneigte Achse (4) drehbar angeordnet ist. Das von dem Gitter (3) reflektierte Licht wird nunmehr auf einen kleinen Spiegel (5) dessen freie Fläche in etwa dem Querschnitt der Ein- und Austrittspalte entsprechen, abgebildet, der den auf ihn fallenden Anteil wiederum auf den Kollimator reflektier von wo aus er zum zweitenmal auf das Gittert3)gelangt. Von hier wird es nach erneu-ter Dispersion am Gitter (3) nunmehr über den Kollimator (2) auf den Austrittsspalt (6) konzentriert. Die Strahlengänge selbst sind durch unterschiedliche Strichlierung un-terschieden und die Pfeilrichtungen geben die jeweilige Lichtrichtung an.That coming from the lighting device not shown here Light falls through the entrance slit (1) onto the collomator (2) and comes as a parallel Light on the grid (3) set up in a lit-trow arrangement, which is arranged around one by one is arranged rotatably against the vertical inclined axis (4) at a small angle. That Light reflected by the grille (3) is now reflected on a small mirror (5) whose free area roughly corresponds to the cross-section of the inlet and outlet gaps, shown, which in turn reflects the portion falling on it on the collimator from where it reaches the grating for the second time. From here it will be renewed Dispersion on the grating (3) now via the collimator (2) onto the exit slit (6) concentrated. The beam paths themselves are indicated by different dashed lines different and the arrow directions indicate the respective direction of light.

Die Störreflexe des Kollimators selbst, die von der direkten Reflexion des einfallenden Lichtes an seiner Vorder- und Rückseite herrühren, werden durch geringes Neigen de Kollimators unschädlich gemacht. Die Neigung selbst braucht dabei je nach der Krümmung der Linsenflächen nicht übermässig groß zu sein, so daß die Abbildungsfehler infolge der Schrägdurchstrahlung noch nicht merklich ins Gewicht fallen. Sie lassen sich noch reduzieren, @ in dem man die Neigung dergestalt ausführt, daß die Linse in Richtung auf den Zwischenspiegel (5) gekippt wird, so daß für den interndiärem Sttahlengang die optische Symmetrie verbessert wird.The interfering reflections of the collimator itself caused by the direct reflection of the incident light originate on its front and back, are through slight inclination of the collimator rendered harmless. The inclination itself needs it not to be excessively large depending on the curvature of the lens surfaces, so that the Image errors due to the oblique radiation are not yet noticeably significant fall. They can still be reduced @ by making the inclination in such a way that that the lens is tilted towards the intermediate mirror (5) so that for the internal steel thread the optical symmetry is improved.

Die Vorteile dieser Monochromatauslegung gegenüber den bekannten Ausführungen sind offenkundig. Zufolge der doppelten Ausnutzung läßt sich mit nur einein Gitter die gleiche optische Leistung in Bezug-auf Lichtleitwert und Streulichtfreiheit erreichen wie mit Doppelgittermonochromatoren gebräuchlicher Bauart. Auch @ die Tatsache, daß nur ein einziger Glaschromat benötigt wird, fällt zwar weniger kostenmässig als in großerer Einfachheit bei der konstruktiven erstellung ins Gewicht. Wegen der verdoppelten Dispersion können nunmehr die Spaltweiten doppelt so hoch sein wie bei einem Einfachmonochromator gleicher Abmessungen, so daß wegen der Verdopplung des Lichtleitwertes ein erheblicher Lichtgewinn resultiert.The advantages of this monochromatic design compared to the known designs are obvious. As a result of the double utilization, only one grid can be used the same optical performance in terms of light conductance and freedom from stray light as with double-grating monochromators of conventional design. Also the The fact that only a single glass chromate is required is less costly than in greater simplicity in the constructive creation of weight. Because With the doubled dispersion, the gap widths can now be twice as high as with a single monochromator of the same dimensions, so that because of the doubling the light conductance value results in a considerable gain in light.

Es muß noch auf eine weitere Besonderheit von Gittermonochromatoren aufmerksam gemacht werden, die sich bei Farbmessungen störendauswirkt . Bekanntlich wird von Gittern das spektral zerlegte Licht in mehr oder gar weniger großem Umfang polarisiert, wobei Doppelgittermonochromatoren oder die hier beschriebenen mit doppelter Gttterausnutzung den PolarisationseffektFnoch in erhöhtem Masse zeigen.There must be another special feature of grating monochromators that interferes with color measurements. As is well known the spectrally dispersed light becomes more or less large by grids polarized, with double grating monochromators or those described here with double Utilization of gods show the polarization effect to an even greater extent.

Dies sei an Hand der Abbildung 2 veranschaulicht, in der c@@en Transmissionsspektren eines Polarisationsfilters mit dessen Orientierung als Paramter in Abhängigkeit von der Wellenlänge wicdergegeben sind. Bei der 90 Grad Orientierung, wobei der elektrische Vektor des vom Filter hindurchgelassenen Lichtes senkrecht zur Gitterteilung liegt, geht im langwelligen Spektralbereich ein vielfaches an Licht hindurch als bei o Grad Orientierung , wo der elektrische Durchlassvektor parallel zur Gitterteilung steht.This is illustrated with the aid of Figure 2, in the c @@ en transmission spectra of a polarization filter with its orientation as a parameter are given by the wavelength. With the 90 degree orientation, where the electrical vector of the light let through by the filter perpendicular to the grating lies, goes in the long-wave spectral range a multiple of light through than at o degrees orientation where the electrical continuity vector is parallel for the grid division.

Bei 440 Nanometer liegt nattirliches Licht vor während nach kürzeren Wellenlängen zu sich die Verhältnisse umkehrn. Es liegt auf der Hand, daß derart polarisiertes Licht in der Farbmetrik zu Fehlessungen führen kann, da in vielen Fällen z.B. orientierte Fäden oder Pigmente, das Versuchsmaterial nicht isotrop ist.At 440 nanometers, natural light is before while after shorter Wavelengths to reverse the relationships. It is obvious that such polarized light in colorimetry can lead to incorrect measurements, as in many For example, cases of oriented threads or pigments, the test material is not isotropic is.

Erfindungsgemäß werden die Polarisationseffekte des Monochromator bis auf ein unschädliches Maß in der Weise reduziert, daß in de Ausgangsstrahlengang in der Nähe des Austrittsspaltes eine einige nun dicke Kalkspaltpla.tte (7) angeordnet wird, die senkrecht zu ihrer optischen Achse geschnitten ist.According to the invention, the polarization effects of the monochromator reduced to a harmless level in such a way that in de output beam path In the vicinity of the exit gap, a somewhat thick calcareous split plate (7) is arranged which is cut perpendicular to its optical axis.

Es wurde gefunden, daß bei geeigneter Orientierung einer solchen Kalkspaltplattee das aus dem Monochromator austretende Licht soweit depolarisiert wird, daß es sich annähernd wie natürliches Licht verhält und einwandfreie Farbmessungen auch bei nicht isotropen Proten möglich sind. Dieser Befund war insofern sehr überraschend, als die Depolarisationswirkung solcher Kalkspaltplatten Läslang nur bei vollständig pblarisiertem Licht technisch ausgenutzt wird.It has been found that with a suitable orientation of such a calcareous slab the light emerging from the monochromator is depolarized to such an extent that it becomes behaves almost like natural light and flawless color measurements also with not isotropic protes are possible. This finding was very surprising in that than the depolarization effect of such calcareous fissure plates Läslang only when completely pblarized light is technically exploited.

Da im Ausgang des Monochromators eine Linse zur Abbildung des Kollimators in den weiteren Strahlengang des Remissionsansatzes benötigt wird, ist es besonders zweckmäßig, wenn die Kalkspaltplatte als eine solche Linse ausgebildet wird, sei es daß sie nit plankonvexen Glaslinsen verkittet'wird, oder daß ihre Flächen konvex geschliffen sind.There is a lens in the exit of the monochromator for imaging the collimator In the further beam path of the remission approach is needed, it is special expedient if the calcareous split plate is designed as such a lens that it is cemented with plano-convex glass lenses, or that its surfaces are convex are ground.

Claims

Patent claims 1. Grating monochromator especially for colorimetry , in which a glass chromate is used as a collimator, characterized in this that the grid is on a. by a small one

Angle inclined to the normal to the beam direction -: axis mounted, is so that the primary spectrum falls outside the plane of the entrance and exit slit, where by a mirror with a roughly corresponding to the gap dimensions more freely Opening part of the spectrum is reflected back onto the grating and imaged after redispersion via the collimator in the exit slit will.

Claim 2. Grating monochromator according to Claim 1, characterized in that that is prevented by a slight inclination of the collimator that the primary Reflections of the illuminating rays on the front and back of the as collimator serving glass chromates can fall into the exit gap. and where given if further secondary reflections can be masked out by shading.

Claim 3. Grating monochromator according to Claim 1 and 2, characterized in that that in the vicinity of the exit slit a cut perpendicular to the optical axis :. a few mm thick calcareous cleavage plate for the depolarization of the partially polarized by the grid Light is arranged, where appropriate, the lime gap plate as a converging lens is formed for imaging the collimator in the further beam path.