DE2600371C3 - Optical arrangement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an optical arrangement according to the preamble of claim 1.
Die bisher bekannten Geräte zum Wählen und Messen einer festen Wellenlänge oder mehrerer diskreter Wellenlängen im nahen UV-Bereich, im sichtbaren Spektrum und im nahen IR-Bereich, insbesondere zur Spektralanalyse einer oder mehrerer Proben auf Emission, Absorption oder Reemission, also Vorrichtungen wie Spektrographen, Spektrophotome-' ter und Spektrofluorimeter, sind verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, störanfällig, schwierig umbaubar und nur durch besonders geschultes Personal zu bedienen.The previously known devices for selecting and measuring a fixed wavelength or several discrete wavelengths in the near UV range, in the visible spectrum and in the near IR range, in particular for the spectral analysis of one or more samples for emission, absorption or re-emission, i.e. Devices such as spectrographs, spectrophotome- ' ter and spectrofluorimeters are relatively complex, prone to failure and difficult to convert and can only be operated by specially trained staff.
Es ist wohl eine photoelektrische Schalteinrichtung (vgl. US-PS 36 97 762) mit einer Leuchtdiode und mit einem Lichtsensor bekanntgeworden, die nebeneinander in einem Block aus lichtdurchlässigem Kunststoff angeordnet sind, wobei aber ein zusätzlich vorgesehener, beweglicher Lichtreflektor in den Strahlungsweg des Lichts von der Leuchtdiode einbringbar ist, um einen Teil dieses Lichts zum Lichtsensor für dessen Ein- oder Ausschalten zu reflektieren. Aufgrund des ίο verschiebbaren Lichtreilektors fehlen also reproduzierbare definierte Verhältnisse.It is probably a photoelectric switching device (see. US-PS 36 97 762) with a light emitting diode and with a light sensor became known, which are next to each other in a block of translucent plastic are arranged, but with an additionally provided, movable light reflector in the radiation path of the light from the light-emitting diode can be introduced in order to transfer part of this light to the light sensor for its or turn off to reflect. Because of the sliding light reflector, there are no reproducible ones defined relationships.
Ähnlich ist eine Lichtschranke (also letztlich ebenfalls ein Ein-Aus-Schalter) mit einem Sende- und einem Empfangsteil bekanntgeworden (vgl. DE-OS 22 47 717), i» bei der optische und elektronische Bauelemente des Sende- und des Empfangsteils auf Leiterplatten angeordnet sind und für den Sende- und den Empfangsteil jeweils eine Optik vorgesehen ist, in deren Brennpunkt ein optisches Bauelement liegt, wobei ein optisches Bauelement und wenigstens ein Teil der elektronischen Bauelemente mit einer durchsichtigen Vergußmasse zu einem Vergußstück umgössen sind, dessen Oberfläche als Optik für das optische Bauelement ausgebaut ist; dabei kann die Vergußmasse ein Kunststoff sein, insbesondere PolymethylmethacrylatA light barrier is similar (i.e. ultimately also an on-off switch) with a transmitting and a receiving part became known (see. DE-OS 22 47 717), i »in the optical and electronic components of the Sending and receiving parts are arranged on printed circuit boards and for the sending and the Receiving part is provided in each case an optical system, in the focal point of which an optical component is located, with a optical component and at least some of the electronic components with a transparent Potting compound are encapsulated to form a potting piece, the surface of which is used as an optic for the optical component is expanded; The potting compound can be a plastic, in particular polymethyl methacrylate
Beide bekannten Vorrichtungen sind im übrigen keine echten Bausteine, da sie jeweils nur fü. sich verwendet werden sollen, also nicht mit anderen Bausteinen kombinierbar sind.In addition, both known devices are not real building blocks, since they are each only fü. used should be, i.e. cannot be combined with other modules.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen optischen Baustein zu schaffen, der sich zum Bau von optischen Geräten wie Spektrographen, Spektrophotometern und Spektrofiuorimetern eignet, die gegenüber derartigen bekannten Geräten wesentliche Vorteile aufweisen, indem sie unverstellbar, dicht, äußerst robust und leicht umbaubar sind, obwohl sie einen einstückigen Aufbau haben.In contrast, it is the object of the invention to create an optical module that can be used to build optical devices such as spectrographs, spectrophotometers and spectrofiuorimeters are suitable for the opposite Such known devices have significant advantages in that they are unadjustable, tight, extremely robust and are easily convertible, although they are of a one-piece construction.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. ■ίο Weiterbildungen der Erfindung s,nd Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1. ■ ίο further developments of the invention s, nd subject of Subclaims.
Die Vorzüge der unter Anwendung der Erfindung gebauten Geräte machen diese besonders geeignet zur
Untersuchung von Fremdstoffen und zur Anwendung durch nicht besonders ausgebildete Bediener, z. B. für
Analysen unmittelbar an der Fertigungsstätte, während dieselbe Analyse mittels eines herkömmlichen Spektrographen
in einem Laboratorium durch besonder? geschultes Personal vorgenommen werden muß.
Wie bei der aus der DE-OS 22 47 717 bekannten Anordnung wird vorzugsweise als lichtdurchlässiger
Kunststoff Polymethylmethacrylat eingesetzt, weil es eine Brechzahl hat, die beträchtlich höher als die von
Luft ist. so daß Geräte gebaut werden können, die für dieselbe öffnung einen beträchtlich geringeren Raumbedarf
als Geräte haben, bei denen der einfallende und der gebrochene Strahl sich in Luft anstatt in Kunststoff
ausbreiten.The advantages of the devices built using the invention make them particularly suitable for examining foreign matter and for use by unskilled operators, e.g. B. for analyzes directly at the production site, while the same analysis using a conventional spectrograph in a laboratory by special? trained personnel must be carried out.
As in the arrangement known from DE-OS 22 47 717, polymethyl methacrylate is preferably used as the translucent plastic because it has a refractive index that is considerably higher than that of air. so that devices can be built which require considerably less space for the same opening than devices in which the incident and refracted beams propagate in air rather than in plastic.
Die F.rfindung wird an HanJ der Zeichnung näher w) erläutert. Rs zeigtThe invention is closer to HanJ the drawing w) explained. Rs shows
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,F i g. 1 is a perspective view of an optical Building block,
Fig.2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,Fig. 2 is a perspective view of an optical Building block,
in F i g. 3 und 4 die Draufsicht auf zwei andere optische Bausteine,in Fig. 3 and 4 the plan view of two other optical ones Building blocks,
Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines Spektrographen mit zwei aufeinanclcrgesetzten optischenFigure 5 is a perspective view of a spectrograph with two optically placed one on top of the other
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Bausteinen,Building blocks,
Fig.6 eine Einzelheit von Fig.5 in größerem Maßstab, undFIG. 6 shows a detail of FIG. 5 in a larger scale Scale, and
Fig.7 eine Draufsicht eines Spektrofluorimeters mit zwei aneinandergesetzten optischen Bausteinen.7 is a top view of a spectrofluorimeter with two juxtaposed optical modules.
Der in Fi g. 1 abgebildete Baustein ist ein Parallelepiped-Block 1 aus Meihylpolymethacrylat, in dem verschiedene Einsätze vorgesehen sind, nämlich eine Lichtquelle 2, ein Kanal 3 zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe, ein Eintrittsspalt 4, ein Austrittsspalt 5 und ein Empfänger 6. Auf einer Fläche la des Blocks ist ein Beugungsgitter? aufkopiert.The in Fi g. 1 block shown is a parallelepiped block 1 from Meihylpolymethacrylat, in which different inserts are provided, namely a light source 2, a channel 3 for receiving a too examining sample, an entry slit 4, an exit slit 5 and a receiver 6. On a surface la des Blocks is a diffraction grating? copied.
Die Bauteile 4,7 und 5 sind so angeordnet, daß sie eine bestimmte Wellenlänge ausfiltern, so daß das Auftreten dieser Wellenlänge im von der Probe durchgelassenen Licht, also einer für ein nachzuweisendes Element charakteristischen Wellenlänge, durch den Detektor 6 gemeldet wird, der seinerseits ein Nachweissignal abgibt bzw. dieses Signal, z. B. über elektrische Leitungen 8, an eine Anzeigeeinrichtung 9 weiterleitet.The components 4,7 and 5 are arranged so that they a filter out certain wavelengths so that the occurrence of this wavelength is transmitted by the sample Light, i.e. one for an element to be detected characteristic wavelength, is reported by the detector 6, which in turn is a detection signal releases or this signal, z. B. via electrical lines 8, forwards to a display device 9.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausffshrungsbeispiel, bei dem die Lichtquelle iO ebenso wie ein Empfänger 11 außerhalb des Blocks liegt. Dagegen ist ein Lichtleiter 12, z. B. aus Glasfasern, teilweise im Block eingebettet, um das Licht von der Lichtquelle 10 zur zu untersuchenden Probe zu leiten. Ein Beugungsgitter 13 ist in diesem Fall ein konkaves Gitter, das im Block eingebettet ist, und der Block hat an seiner einen Seitenfläche Io einen Austrittsspalt 14, vor dem der Empfänger 11 angeordnet ist. Die Anzahl und die Anordnung der im Block vorgesehenen bzw. einer Fläche von ihm zugeordneten Bauteile hängen vom Anwendungsfall ab.Fig.2 shows a further exemplary embodiment in which the light source OK as well as a receiver 11 is outside the block. In contrast, a light guide 12, for. B. made of glass fibers, partially embedded in the block, to guide the light from the light source 10 to the sample to be examined. A diffraction grating 13 in this case is a concave lattice embedded in the block, and the block has on its one Side surface Io an exit gap 14, in front of which the Receiver 11 is arranged. The number and arrangement of those provided in the block or one The area of the components assigned to it depend on the application.
Zum Beispiel sind in Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele mit mehreren Lichtquellen 15 — 18, mehreren Aufnahmen 19—22 zur Aufnahme von Proben und mehreren Detektoren 23-26 abgebildet.For example, in Figs. 3 and 4 are exemplary embodiments with several light sources 15-18, several receptacles 19-22 for receiving samples and several detectors 23-26 imaged.
Gemäß Fig. 3 arbeitet der Block als Spektrograph, weil das vom Gitter 27 empfangene Licht von den Proben kommt; der Block von Fig.4 arbeitet als Spektrophütometer, weil die Proben durch monochromatisches Licht beleuchtet werden, das vom Gitter 27 stammt.According to Fig. 3, the block operates as a spectrograph because the light received by the grating 27 from the Samples are coming; the block of Fig.4 works as a spectrophotometer because the samples are monochromatic Light coming from the grid 27 are illuminated.
Fig. 5 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel eines Spektrographen, der aus zwei optischen Bausteinen in Form von Blöcken 28 und 29 gebildet ist, die aufeinandergesetzt sind, wobei die beiden Blöcke verschiedene Wellenlängen ausfiltern.Fig. 5 shows schematically the embodiment of a spectrograph that consists of two optical modules is formed in the form of blocks 28 and 29, which are placed on top of one another, the two blocks filter out different wavelengths.
Um derartige Spektiographen leichter bauen zu können, haben die Blöcke einen solchen Aufbau, daß die Öffnungen zur Aufnahme einer Probe übereinanderliegen, um so die Untersuchung einer einzigen Probe, die gleichzeitig in den beiden übereinanderliegenden öffnungen liegt, zu gestatten. Die einzige Probe ist hier z. B. in einem Rohr 30a enthalten, das von einer Lichtquelle 31a außerhalb der Einheit der beiden Blöcke beleuchtet wird.To make such spectiographs easier to build can, the blocks have such a structure that the openings for receiving a sample are superimposed, all the more so the investigation of a single sample, which is simultaneously in the two superimposed openings is to allow. The only sample here is z. B. contained in a tube 30a, which is of a Light source 31a is illuminated outside the unit of the two blocks.
Zur Vereinfachung der Abbildung sei angenommen, daß die das Licht zurückführenden optischen Bauteile Gitter 30 und 31 auf den beiden übereinanderliegenden Seitenflächen 28a und 29a der Blöcke sind, und es sei angenommen, daß die durch diese Gitter reflektierten Strahlen von entsprechenden Empfängern 32 und 3.1 empfangen werden, die sich auf oder nahe von zwei übereinanderliegenden Seitenflächen 28b und 29f> ίο befinden. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Empfänger an einen einzigen Detektor 34 außerhalb der Blöcke angeschlossen.To simplify the illustration, it is assumed that the optical components returning the light are gratings 30 and 31 on the two superposed side surfaces 28a and 29a of the blocks, and it is assumed that the beams reflected by these gratings are received by corresponding receivers 32 and 3.1 which are located on or near two superposed side surfaces 28b and 29f> ίο. In the embodiment shown, the receivers are connected to a single detector 34 outside the blocks.
Die öffnung zur Aufnahme der Probe oder eines Rohrs mit der Probe kann jede gewünschte Form haben: falls die Lichtquelle sich auf der Achse der öffnung befindet, ist es zweckmäßig, die Öffnung oder das Rohr so auszubilden, daß die Beleuchtung der Probe durch Reflexion erfolgt. F i g. 6 zeigt z. B. ein Rohr 35, dessen Profil 36 diesem Zweck dient Die Blöcke sind auch vorteilhaft zum Bau von Spektrofluorimetern. F i g. 7 zeig' sin Ausführungsbeispiel eines Spektrofiuorimeters aus zwei optischen Bausteinen in Form von Blöcken 37 und 38, die nebeneinandergesetzt sind, um hintereinander zu 2*> arbeiten. Einer der Blöcke nimmt eine Probe 39 auf, die durch monochromatisches Licht von einem Gitter 40 des Blocks beleuchtet wird, während der andere Block ein Gitter 41 trägt, das das Licht der Probe 39 empfängt, die als Lichtquelle wirkt, wobei das Gitter 41 einen jo Empfänger 42 beleuchtet.The opening for receiving the sample or a tube with the sample can have any desired shape: if the light source is on the axis of the opening, it is expedient to design the opening or the tube so that the sample is illuminated by reflection. F i g. 6 shows e.g. B. a tube 35, the profile 36 of which is used for this purpose. The blocks are also advantageous for the construction of spectrofluorimeters. F i g. 7 show 'sin embodiment of a Spektrofiuorimeters of two optical components in the form of blocks 37 and 38 which are juxtaposed to one behind the other to 2 *> work. One of the blocks receives a sample 39 which is illuminated by monochromatic light from a grid 40 of the block, while the other block carries a grid 41 which receives the light from the sample 39, which acts as a light source, the grid 41 having a jo Receiver 42 illuminated.
Die Anzahl von Lichtquellen 43, die das Gitter 40 beleuchten, sowie die Anzahl der Empfänger 42, die den vom Gitter 41 gebrochenen Strahl empfangen, können entsprechend der zu erfassenden Wellenlänge variieren. r> Es können auch Spektrofluorimeter aus zwei Blöcken aufgebaut werden, wobei der eine als Anregungsquelle und der andere als Spektrophotometer arbeiten.The number of light sources 43 that illuminate the grating 40, as well as the number of receivers 42 that the received beam refracted by grating 41 can vary according to the wavelength to be detected. r> Spectrofluorimeters can also be constructed from two blocks, one being the excitation source and the other work as a spectrophotometer.
Die Probe kann außerhalb der beiden Einrichtungen angeordnet sein.The sample can be arranged outside of the two devices.
Die Lichtleiter wie 12 von Fig.2 können verwendet werden, um den einfallenden Strahl oder den reflektieren Strahl zu bilden, so daß die Anzahl dieser Lichtleiter vom Anwendungsfall abhängt.The light guides such as 12 of Figure 2 can be used be to form the incident beam or the reflected beam so that the number of these light guides depends on the application.
Vorzugsweise sind die in oder an der Oberfläche der 4j Blöcke verwendeten Gitter holographische konkave Gitter.Preferably the gratings used in or on the surface of the 4j blocks are holographic concave Grid.
Der verwendete Werkstoff ist ein lichtdurchlässiger Kunststoff.The material used is a translucent plastic.
Vorzugsweise wird Methylpolymethacrylat einge-Methyl polymethacrylate is preferably used
w setzt, weil es eine Brechzahl hat, die beträchtlich höher als die von Luft ist. so daß Geräte gebaut werdenw sets because it has a refractive index that is considerably higher than that of air. so that devices are built
können, die für d.eselbe öffnung einen beträchtlich geringeren Raumbedarf als Geräte haben, bei denen der ein'.iltende und der gebrochene Strahl sich in Luftcan that for the same opening one considerably require less space than devices in which the incoming and the refracted jet are in air
v. anstatt in Kunststoff ausbreitenv. instead of spreading in plastic
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (9)
mindestens einem Eintrittsspalt zum Aussondern eines Lichtstrahls aus dem Licht der Lichtquelle,
einem Beugungsgitter,at least one light source,
at least one entry slit for separating a light beam from the light of the light source,
a diffraction grating,
mindestens einem Empfänger hinter dem Austrittsspalt,at least one exit slit for separating out a diffracted light beam and
at least one recipient behind the exit gap,
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |