DE228589C

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Publication number: DE228589C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 228589 KLASSE 42 h. GRUPPE

CHARLES FERY in PARIS.

Spektrometerprisma mit zwei optisch wirksamen Flächen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. März 1910 ab.

Durch das Prisma der Erfindung wird die

Erzeugung eines reinen Spektrums bezweckt,

, ohne daß irgendein Sammelmittel, sei es eine Sammellinse oder ein Konkavspiegel, hinzugefügt wird.

Hieraus folgt eine wesentliche Verminderung der sonst auftretenden Lichtverluste, die von dem Eintritt der Strahlen in die Linsen oder dem Austritt der Strahlen aus denselben herrühren

ίο oder durch Absorption hervorgerufen werden.

Ein weiterer Vorteil des Gegenstandes der

Erfindung liegt in der Vereinfachung des Spektroskopes, welches mit einem Prisma mit nach der Erfindung gekrümmten Flächen ausgerüstet ist und nur einen Spalt sowie ein mit gekrümmten Flächen ausgerüstetes Prisma und ein Okular besitzt, durch welches das Bild betrachtet wird. Der Vorteil liegt auch in der Vereinfachung des Spektrographen, der gleichfalls mit demselben Prisma ausgerüstet ist und nur den Spalt, das Prisma und eine Kassette, welche die photographische Platte enthält,

' aufweist. Der Preis derartiger Apparate wird also wesentlich vermindert.

Das Prisma gemäß Fig. 1 besitzt zwei sphärische Flächen MN, PQ von geeignetem Krümmungsradius. Die eine Fläche P Q dient zur Brechung Und Dispersion der Strahlen, während die andere Fläche M N als Reflexionsspiegel wirkt. Zu diesem Zweck ist diese Fläche versilbert oder mit einer Schicht eines geeignet gewählten Metalls von hohem Reflexionsvermögen abgedeckt.

A ist der Mittelpunkt, AP = A Q~R also der Radius der vorderen Fläche P Q. Wenn zwei einfarbige Strahlen C P und C Q betrachtet werden, die von dem Spalt, der bei C liegt, ausgehen und die mit den Normalen A P und A Q an den sphärischen Flächen gleiche Winkel i einschließen, so werden die Brechungswinkel r, welche den gleichen Einfallwinkeln i entsprechen, auch gleich, und zwar auf Grund der Beziehung

N = ^Sin ·'

sin r'

und sin t
sin r¹

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wobei η den Brechungsexponenten des Materials des Prismas bedeutet.

Werden die gebrochenen Strahlen P M und Q N bis zum Punkt B verlängert, so ergibt dies den Mittelpunkt für die Krümmung der hinteren Reflexionsfläche MN.

Die Strahlen, welche senkrecht auf diese Fläche auftreffen, werden in sich selbst zurückgeworfen, erleiden eine Brechung in P und Q, welche derjenigen gleicht, die bei ihrem Eintritt erzeugt wurde. Sie vereinigen sich dann wieder im Punkt C.

Befindet sich nun in C eine Lichtquelle, welche Strahlen liefert, die mehr . gebrochen werden als mit dem Einfallswinkel i, der konstant ist, so wird ein Brechungswinkel r¹ entstehen, der kleiner ist als r, denn man hat

n¹ ist größer als n, wenn die Wellenlänge kürzer ist, d. h. von einer Strahlung erzeugt wird, die in höherem Maße die Brechung der Lichtstrahlen verursacht.

Die Brechung erfolgt nicht mehr gänzlich normal auf N M, und beim Austritt treten

zwei Strahlen auf (in der Figur nicht dargestellt), die sich in der Nähe von C wieder vereinigen werden.

Der Treffpunkt ist weiter von A entfernt als der Punkt C, aber er erzeugt noch einen exakten Brennpunkt. Die beiden Einfallwinkel sind gleich, ebenso wie die Winkel i der Abbildung. Auf diese Weise wird ein Spektrum erzeugt, wenn die Lichtquelle, die

ίο den Spalt erleuchtet, nicht einfarbig ist.

Das so erzeugte Spektrum wird genau auf einen Punkt der Oberfläche eines Zylinders vom Durchmesser R fallen, welcher dem Radius der inneren Fläche des Prismas gleich ist.

Zur Erklärung, daß die Winkel bei A, B und C gleich sind, werden zunächst die beiden Dreiecke,PK¹A und QK¹C betrachtet. Es ergibt sich

^PAQ = i

also:

= A-PCQ.

Auf dieselbe Weise wird bewiesen, daß in den Dreiecken AKP und BKQ

APAQ = A-PBQ.

Hieraus folgt, daß die Punkte A, B, C, Q und P auf einem Kreise liegen, dessen Mittelpunkt 0 ist. Das gleiche gilt auch für die Punkte des Spektrums, welche in der Nähe von C entstehen. Diese Ausführung zeigt den Vorteil dieser Einrichtung, welche die spektrale, vom Gesetz der Dispersion der benutzten Substanz unabhängige Kurve wiedergibt, im Gegensatz zu dem Spektrum, welches mit dem Spektrographen mit einer beispielsweise aus Quarz bestehenden Linse' erzeugt wird, bei welcher sich der Krümmungsradius der Brennpunktsoberfläche von einer Stelle des Spektrums nach der anderen ändert.

Die Fig. 2 und 3 der Zeichnung zeigen schematisch die Anwendung des gekrümmten Prismas bei einem Spektrographen.

Fig. 2 ist eine Draufsicht und
Fig. 3 eine Hinteransicht..
Der Apparat besteht aus einem rechteckigen Gehäuse, an dessen einem Ende das Prisma P angebracht ist, während sich an dem anderen Ende ein Schlitz C und ein gebogener Rahmen befinden, der eine Platte oder einen photographischen Film enthält, der in einer zylindrischen Kassette gehalten wird. Eine zylindrische Kassette und ein Film werden benutzt, wenn der Krümmungsradius der fokalen Oberfläche klein wird. Bei fokalen Oberflächen mit großem Krümmungsradius haben die Prismen kleine Winkel und eine große fokale Weite, und es kann die gewöhnliche photographische Platte benutzt werden.

Der Schlitz C ist mit zwei Klappen ausgerüstet, die durch eine Schraube υ eingestellt werden; die photographische Kassette X, auf welcher sich das photographische Bild V V des' Spektrums bildet, ist unter dem Schlitz C angebracht.

Soll dieser Apparat als ein Spektroskop gebraucht werden, so wird an Stelle der photographischen Kassette eine Platte gesetzt, welche ein gewöhnliches, wie eine Lupe wirkendes Okular trägt, um die Beobachtung der Spektrallinien durch das Auge zu erleichtern.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung ist in der Optik unter dem Namen »Auto-Collimation« bekannt. In diesem Fall ist zu bemerken, daß die von dem Spalt C ausgehenden Strahlen genau in sich zurückkehren, denn sie erleiden in den Punkten M und N der Reflexionsfläche eine senkrechte Reflexion.
. Diese Einrichtung kann zwei Übelstände aufweisen. Dies sind erstens: das Spektrum, welches die Form eines Kreises, der durch die Punkte A, B, C, Q und P geht, annimmt, steht mit Rücksicht auf die allgemeine Richtung des Bündels, welches von dem Prisma kommt, beträchtlich schräg, wodurch die Platte mit Bezug auf das Gehäuse (Fig. 2) des Apparates in schräger Richtung V V gestellt werden muß. Zweitens: der Spalt muß oberhalb der Kassette bei C in Fig. 3 vorgesehen sein, in welcher die Kassette bei V V schräg gesehen ist.

Die Einrichtung nach Fig. 4, welche einen anderen Strahlenweg zeigt, weist diese Übelstände nicht auf. A P ist der Radius der ersten Fläche. B M derjenige der zweiten. Der Spalt ist bei Punkt C. Alle Punkte A, B, C, Q und P liegen auf einem Kreise, dessen Durchmesser gleich A P ist, wie bereits vorher ausgeführt wurde.

Ist die Lage des Punktes C des Spaltes geeignet gewählt, so ist ersichtlich, daß der Strahl, welcher im Punkt Q gebrochen wird, nach der Reflexion in M senkrecht aus der ersten Fläche bei P austreten kann.

Unter diesen neuen Bedingungen entsteht das Spektrum in der Nähe des Punktes A. Die Richtung der photographischen Platte ist· also senkrecht zu dem von dem Prisma herkommenden Bündel.

Weiter wird im Falle der Anwendung dieser Einrichtung auf Spektrographen der Schlitz C auf einer Seite des Apparates angebracht. Dieser weist dann die in Fig. 5 dargestellte Bauart auf. Das Spektrum wird dann auf 115' einem Rahmen von großem Krümmungsradius erhalten, oder sogar auf einer Planscheibe, wenn der Abstand P V genügend groß ist. Der Winkel kann dann vernachlässigt werden.

Wird die Einrichtung bei einem Spektraskop benutzt, so wird das Okular an einem drehbaren Arm unterhalb des Prismas ange-

Claims

bracht, wodurch die Prüfung des Spektrumbildes mit dem Auge ermöglicht wird.

Für Prismen mit großer Brennweite kann auch das Prisma P (Fig. 6) und die Platte

5 oder das Okular A auf den Enden einer Stange von gleichbleibender Länge befestigt werden, welche mit ihren Enden in zwei Führungen C P und C A gleitet, die einen rechten Winkel einschließen.

ίο Unter diesen Bedingungen bleibt das Bild immer scharf, wenn man durch Verschiebung der Stange verschiedene Teile des Spektrums in das Okular führt.

^X5 Patent-Ansprüche:

i. Spektrometerprisma mit zwei optisch

wirksamen Flächen, von denen die eine der Brechung und die andere mit Spiegelbelag versehene der Reflexion dient, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flächen sphärisch oder zylindrisch sind.
2. Spektroskop und Spektrograph mit einem Prisma gemäß Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte der beiden wirksamen Prisriienflächen und der Lichtspalt, in dessen Nähe sich das Spektrum bildet, auf einem Kreise liegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt so angeordnet ist, daß die reflektierten Strahlen senkrecht zur brechenden Fläche austreten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma und die Platte oder das Okular in unveränderlichem Abstande voneinander auf den Enden eines Stabes angebracht sind, der mit seinen Enden in zwei zueinander senkrechten Führungen gleitet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.