DE2448457A1

DE2448457A1 - Monochromator

Info

Publication number: DE2448457A1
Application number: DE19742448457
Authority: DE
Inventors: Rinaldo Cubeddu; Quirino Mengarelli; Clemente Riccardi; Orazio Svelto; Federico Zagara
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2248494A1; IT1003181B; GB1482475A; NL7413450A; JPS5079343A; JPS5547686B2; FR2248494B1

Description

ΐν·Α\. 7-:if.. Dr. Τ?ο:ί , .·/ f:_c'₁₀J«

r. , .<:......,!« Ver.VV,"JM/Ya

1.V₁PhIiI₁., Coeüumpei „__(|__1Q..

α-= Nocj PHN- 7228 · "~ .: w-

c»« 10. Okt. 1974

244a457

Monochromator.

Die Erfindung bezieht sich auf einen

Monochroraai'or, d.]i. ein Gerät, das es ermöglicht;, monochromatisches Licht verschiedener Wellenlängen zu erzeugen, wobei, von polychromatischem veissera Licht ausgegangen wird.

Monochromatoren haben verschiedene Anwendungsgebiete, aber werden insbesondere als wesentliche Einzelteile von Spektrophotometern verwendet, mit ,denen eine spektrale photometrische Analyse von Probenzellen durchgeführt werden kann.

Als Beispiel sei die Untersuchung nach dem etwaigen Vorhandensein organischer und trübender Stoffe in Vasserlösungen erwähnt.

509818/0293

BAD ORHStNAt

-Z-

Die zur Zeit daxu vpi'v.'ciiflorcii Monorii' ί;...- ,^i. enthalten gewöhnlich einen schachtelf örmi_f-;on Kör υ. r, dc/' mit Eingangsfenstern versehen ist, durch die das von (-.incr Lampe emittierte veisse Licht pn fixieren kann. .Lm 1πίο·"ι ι; des schachteiförmigen Körpers befindet sich ein oju:i.->ciic ;-Prisma oder ein anderes dispergierpndes System, du» dieses weisse Licht aiif'fängt und mittels dor bekannten Brechungserscheinungen ein Spektrum der Vellenlaiij--;oii liefert, das von den Eigenschaften der verwendeten Lninjje abhangig ist. Die monochromatischen Licli tbündel, aus denen dieses Spektrum aufgebaut ist, werden gewöhnlich mit Hilfe von Spiegeln zu einem Ausgangsfenster geführt, dfis mit einem Wählspalt versehen ist, der nur das einer bestimmten Wellenlänge entsprechende Bündel durclilässt. Das aus dem schachteiförmigen Körper austretende Licht ist also monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge·, die von der Lage des Ausgangswählspaltes abhängig ist.

Um die Wellenlänge des aus dem Monochromator austretenden monochromatischen Lichtes zu ändern, werden bisher meist Systeme verwendet, mit denen eine Änderung der Winkellage des Prismas (oder im allgemeinen des dispergierenden Systems) in der Grössenordnung von Mikrons erzielt werden kann, oder es werden Systeme verwendet, mit denen Querverschiebungen des Ausgangsspaltes in der Grössenordnung von Mikrons herbeigeführt werden können.

In beiden Fällen ergibt sich der Nachteil,

509818/0293

BAD ORKSIHAt

IPHN. 7228. 22-9-197^.

dass der Monochromator mit mechanischen bewegbaren Gliedern bestückt werden muss, die die Wirkung des Monochromators erheblich verwickelter machen und den Preis des Monochromators beträchtlich^erhöhen und die eine häufige Vartung des Monochromators erfordern.

Die vorliegende Erfindung bezweckt daher, einen Monochromator zu schaffen, bei dem die Jüiderung der Wellenlänge des erzeugten monochromatischen Lic2i±es auf sehr einfache und schnelle Weise erhalten wird, wobei keine bewegbaren mechanischen Glieder verwendet werden.

Nach der Erfindung wird dies mit einem

Monochromator erreicht, der durch einen schachteiförmigen Körper gekennzeichnet ist, dez" mit einer Vielzahl von Eingangsfenstern für Bündel weissen Lichtes versehen ist,die Von entsprechenden Lampen emittiert werden, die abwechselnd bedient werden, welcher Körper ausserdem ein dispergierendes System enthältj das in seinem Inneren derart angebracht ist, dass jedes der genannten Bündel weissen Lichtes aufgefangen und in· dispergiertes Licht umgewandelt wird, das aus gesonderten monochromatischen Lichtbündeln verschiedener Wellenlängen aufgebaut- ist, welcher Körper weiter ein Ausgangsfenster enthält, das mit.einem Spalt versehen ist, der derartige Abmessungen aufweist, dass lediglich eines der genannten monochromatischen Lichtbündel passieren kann, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die genannten Bündel weissen Lichtes derart auf ein dispergierendes System gerichtet werden, dass jedes Licht-

509818/0293

22-0-197^·

bündel unter einem anderen Einfallswinkel auf dieses dispergierende System einfällt, so dass am Ausgang ein Lichtspektrum erhalten wird, das in Abhängigkeit von dem betreffenden Einfallswinkel divergiert, so dass die Wellenlänge des den Wählspalt passierenden monochromatischen Lichtbtindels sich als Funktion der Identität der jeweils erregten Lampe ändert.

Es ist einleuchtend, dass der Monochromator nach der Erfindung es ermöglicht, die gewünschte Änderung der Wellenlänge des erzeugten monochromatischen Lichtes zu erzielen, ohne dass es erforderlich ist, dass mechanische Glieder bewegt werden, aber einfach dadurch, dass
eine der verschiedenen dazu kombinierten Lampen eingeschaltet wird. Dies ergibt selbstverständlich eine einfachere Ausführung und einen ziemlich niedrigen Selbstkostenpreis. Auch die Notwendigkeit einer periodischen
Wartung des Gerätes wird erheblich verringert, dank der allgemein bekannten langen mittleren Lebensdauer der
Lampen. Weiter kann die Modulation des wissen Lichtes, die oft erforderlich ist, wenn der Monochromator in ein Spektrophotometer eingebaut ist, viel einfacher geregelt werden. In diesem Falle ist es tatsächlich genügend, auf elektronischem Wege eine Reihe von Impulsen für die verschiedenen Lampen zu steuern. Schliesslich sei darauf
hingewiesen, dass es, ebenfalls im Falle einer Sonderanwendung in einem Spektrophotometer, auch möglich ist, auf elektronischem Wege die reihenmässige Bedienung von

509818/0293

IPHN. 7228. 22-9-197^·

zwei oder mohr Lampen zu steuern, um Differentialspektren zu erhalten.

Die Erfindung \iird nachstehend beispielsweise im Detail für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Mono ehr oma t,or nach der Erfindung,

Fig. 2 die besondere Vergrösserung einer

möglichen praktischen Ausführungsform der Eingangsfenster, und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2.

Der Monochromator nach Fig. 1- enthält

einen schachteiförmigen Körper 1, der mit zwei Eingangsfenstern 2 und 3 und einem Ausgangsfenster k versehen ist. Auf der Aussenseite des schachtelförmigen Körpers 1 entsprechend den Eingangsfenstern 2 und 3 sind zwei weisses Licht emittierende Lampen 5 und 6 angeordnet, die abwechselnd kontinuierlich oder mit Impulsen über eine Spannungsquelle 7 gespeist werden können, die von zwei Schaltern 8 und 9 gesteuert wird, während diese Schalter von einer kleinen Bedienungseinheit 10 gesteuert werden. Ebenfalls in Vereinigung mit Eingangsfenstern 2 und 3» aber im In- *

- r

neren des schachteiförmigen Körpers 1, sind zwei Spalte 11 und 12 angebracht, die derart bemessen sind, dass die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf Wirkungsgrad und Bandbreite am Ausgang erhalten werden können.

50 9 818/0293

IPHN. 7--^. 22-9-197')·

Ein praktisches Ausführurigsbeispiel dor

Kopplung zwischen Fenster und Spalt ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt, die sich auf den Fall des Fensters 2 und des Spaltes 11 beziehen. Im dargestellten Beispiel ist die Lampe 5 in einen Sockel 13 gesetzt, der auch eine Platte Ik trägt, in der sich der Spalt 11 befindet. Der Sockel 13 ist teilweise in das Fenster 2 geführt, vährend er.auf dem schachtelförmigen Körper 1 befestigt ist und seitlich mittels "einer Stellschraube 15 und einer Klemmschraube i6 geregelt werden kann, deren Schaft in einen Hohlraum 17 des Sockels 13 geführt ist. Es leuchtet ein, dass es möglich ist, durch Änderung der Klemmschraube 16 und durch das Fest- oder Losschrauben der Stellschraube 15 das aus Lampe und Spalt bestehende Gebilde nach rechts oder nach links zu verschieben, so dass das dispergierende System in der Praxis derart eingestellt verden kann, dass die Achse des Bündels weissen Lichtes durch den Spalt 11 hindurchgeht.

Da die diesen Spalt aufweisende Platte

lediglich auf dem Sockel 13 mit Hilfe von Schrauben 18 befestigt ist, ist es auch möglich, einen Spalt schnell durch »in·η SjMIt »it ·1η·Γ anderen Breit· zu trittzen. Dieselben Irwlfungtn treffen selbstverständlich auch für das Eingangsfenster 3 und den zugehörigen Spalt T2 zu. Im Inneren des schachtelförmigen Körpers 1 befindet sich ein halbdurchlässi|;er Spiegel 21, der derart angeordnet ist, dass er sowohl von dem von der Lampe 5 emittierten

509818/0293

BAD ORKSINAt

■ . . I ' ' . IPHN. 7228.

22-9-197²*·

Bündel 19 weissen Lichtes als auch von dem von der Lampe 6 emittierten Bündel 20 weissen Lichtes geti-offen wird, und der 50$ des darauf fallenden Lichtes reflektiert oder durchlässt. Infolge der schrägen Lage des Spiegels 21 und seiner Eigenschaften in bezug auf Durchlässigkeit und Reflexion in der Abwärtsrichtung.werden die beiden Bündel 19 und 20 weissen Lichtes (die durch eine gestrichelte bzw. eine strichpunktierte Linie angedeutet sind) beide divergierend, aber e-twas gegeneinander verschoben sein.

Nach Durchgang der genannten Bündel weissen Lichtes durch eine Kollimatorlinse 2k, die bewirkt, dass" sie Parallel zueinander verlaufen (wobei sie aber miteinander noch einen kleinen Winkel einschliessen), gelangen sie an ein dispergierendes System, das durch ein optisches Prisma 25 gebildet wird, das die Bündel in dispergierte Lichtbündel 26, und 27 umwandelt, die infolge der bekannten Brechungserscheinungen optischer Prismen aus je einer Vielzahl gesonderter monochromatischer Lichtbündel verschiedener Wellenlängen aufgebaut sind.

Diese dispergierten Lichtbtindel 26 und 27

werden mittels einer Fokussierlinse 28 konvergierend gemacht, durch die sie 2U einem total reflektierenden Spiegel 29 und schliesslich zu dem Ausgangsfenster k geschickt werden, wobei sie nicht nur eine plankonvexe Linse 30, sondern auch einen geeignet bemessenen Spalt 31 passieren, so dass Licht einer einzigen Wellenlänge erhalten wird (tatsächlich wird stets Licht mit einem

509818/0293

IPHX. 72 2·-· 22-9-197·*.

sehr schmalen Wellenlängenband, z.B. einem Band von 30 ', passieren, was im allgemeinen für die beabsichtigten Anwendungen- geeignet ist).

Da die Bündel 19 und 20 veissen Lichtes

das Prisma 25 unter verschiedenen Einfallswinkeln troffen, so dass die monochromatischen Bündel, aus denen das dis-pergierte Lichtbündel 26 aufgebaut ist, etwas gegen die das dispergierte Lichtbündel 27 bildenden Bündel verschoben sind, weist das durch den Spalt 31 hindurchgehende monochromatische Lichtbündel eine andere Wellenlänge auf, in Abhängigkeit davon, ob das in den schachteiförmigen Körper eingeführte Licht von dem Bündel 19 oder dem Bündel 20 stammt, und also in Abhängigkeit davon, ob die Lampe 5 oder die Lampe 6 eingeschaltet wird.

Es ist einleuchtend, dass, indem einfach

eine der beiden Lampen 5 und 6 (über die zentrale Bedienungseinheit 10 und die Schalter 8 und °) bedient wird, am Ausgang monochromatische Lichtbündel verschiedener Wellenlängen erhalten werden können.

Es werden keine bewegbaren mechanischen

Glieder, sondern lediglich elektronische Glieder verwendet, die sich leicht und schnell umschalten lassen, praktisch keine Wartung erfordern und die Ausführung stark vereinfachen, so dass auch die Koston herabgesetzt werden.

Weiter leuchtet es ein, dass das von den beiden Lampen emittierte weisse Licht beliebig moduliert

509818/029 3

IPHX. 7228. 22-9-197·*.

werden kanu, während diese Lampen auch reihenmässig dadurch eri"egt werden können, dass die zentrale Bedienungseinheit 10 auf geeignete und bekannte Weise eingestellt wird (diese zentrale Einheit kann die Form einer wirklichen Prograramiereinheit annehmen).

Schliesslich sei bemerkt, dass, wie im

übrigen klar sein 'wird, der Monochromator mit zwei zu wählenden Wellenlängen der Fig. 1 durch einfache Änderungen in eine Vorrichtung mit einer beliebigem Anzahl zu wählender· Wellenlängen verwandelt werden kann. In diesem Falle genügt es tatsächlich, die Anzahl Eingangsfenster zu vergrössern, diese Fenster mit eigenen weisses Licht emittierenden Lampen· zu bestücken und im Inneren des schachteiförmigen Körpers 1 noch weitere Mittel zur Ablenkung des Lichtes anzubringen, so dass alle Bündel weissen Lichtes zu dem Prisma 25 geschickt werden und darauf unter verschiedenen Winkeln auffallen, während diese Winkel auch von denen der Bündel 19 und 20 nach Fig. 1 verschieden sind.

509818/0293

Claims

IPHN. /228. 22-9-197'+.

PATENTANSPRÜCHE .

Monochromator, gekennzeichnet durch einen schachteIföx^migen Körper, der mit einer Vielzahl von Eingangsfenstern für Bündel weissen Lichtes versehen ist,die VOn entsprechenden Lampen emittiert werden, während diese Lampen abwechselnd eingeschaltet werden können, welcher* Körper weiter ein dispergierendes System enthält, das in'seinem Inneren angebracht ist, derart, dass jedes der genannten Bündel weissen Lichtes von ihm aufgefangen und in dispergiertes Licht umgewandelt wird, das aus gesonderten monochromatischen Lichtbündeln verschiedener Wellenlängen aufgebaut ist, welcher Körper weiter ein Ausgangsfenster enthält, das mit einem Spalt versehen ist, der derartige Abmessungen aufweist, dass nur eines der genannten monochromatischen Lichtbündel durchgelassen wird, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe das weisse Licht derart zu-.dem dispergierenden System geschickt wird, dass jedes Lichtbündel unter einem anderen Einfallswinkel auf das dispergierende System einfällt, so dass dispergiertes Licht erhalten wird, das aus monochromatischen Lichtbündeln zusammengesetzt ist, die einen Winkel mit Lichtbündeln derselben Wellenlänge einschliessen, die von einer anderen Lampe herrühren, so dass die Identität und demzufolge die Wellenlänge dex* gewählten monochromatischen Lichtbtindel am Ausgangsepalt als Funktion der Identität der jeweils eingeschalteten Lampe geändert wird.

513818/0293

IPHN. 7228.
2. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Eingangsfenster mit einem Välilspalt versehen ist, der Abmessungen aufweist, die derart gewählt sind, dass genügend Lichtenergie füi* die üblichen photometrischen Mengen im Wellenlängenbereich des Ultraviolettlichtes durchgelassen wird.
3. Monochromator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Mitteln zur Änderung der Lage des genannten EingangsSpaltes in bezug auf das betreffende Eingangsfenstex- versehen ist.

h. Monochromator nach Anspruch 1, 2 oder 3»

dadurch gekennzeichnet, dass er mit Mitteln zur Änderung der Abmessungen des genannten Eingangswählspaltes versehen ist.

5· Monochromator nach einem der Ansprüche

Ibis h, dadurch gekennzeichnet, dass er mit elektronischen Mitteln zur Regelung der abwechselnden Betätigung der genannten Lampen versehen ist.

6· . Monochromator nach einem der Ansprüche

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Spektrophoto-

meter verwendet ist.

609818/02 S3