DE3102684A1 - Einrichtung zum beaufschlagen eines objektes mit strahlung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reaufschlagen ^ eines Objektes mit Strahlung unter einstellbaren Einfallswinkeln bei Konstanthaltung des Strahlauftreffpunktes, bei der ein Reflexionselement zur Umlenkung der aus einer vorgegebenen Richtung einfallenden Strahlung vor dem Objekt angeordnet ist.

'^ Eine solche Einrichtung findet beispielsweise Anwendung bei Monochromatoren, wobei das von der Strahlung zu beaufschlagende Objekt als Dispersions element ausgebildet ist. Dieses Dispersionselement ist zur Wellenlängen-Selektion um eine raumfeste Achse, die in der optisch wirksamen Oberfläche liegt, drehbar. IJm die optischeen Verhältnisse in jedem Betriebszustand

'■'gleich zu halten und so Fehler zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Strahlung unabhängig vom Einfallswinkel sehr genau auf die raumfeste Roationsachse trifft, d.h. oaft der Strahlauftreffpunkt konstant bleibt.

Dieses Ziel kann im Prinzip durch eine Drehung und eine gleichzeitige 2" Translation des tJmienkelementes erreicht werden. Da beide Bewegungen hochgenau auszuführen sind, erfordert eine solche Lösung einen sehr großen Aufwand.

Es ist auch denkbar mehrere Umlenkelemente vorzusehen, die jeweils eine j " feste Position und Winkellage haben und die wahlweise in den Strahlengang gebracht werden. Abgesehen davon, daß hier eine kontinuierliche Änderung des Einfallswinkels nicht möglich ist, ist eine solche Einrichtung auch sehr aufwendig und mit zusätzlicher Absorption verbunden.

30Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, die innerhalb eines vorgewählten Winkelbereiches eine kontinuierliche Einstellung des Einfallswinkels unter hinreichender Konstanthaltung des Strahlauftreffpunktes ermöglicht und die nicht aufwendig ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des An-

Spruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reflexionselement eine ebene reflektierende Fläche aufweist und um eine Achse drehbar ist, die außerhalb der, diese Fläche enthaltenden Ebene liegt.

Das Reflexionselement ist also zur Einstellung des Einfallswinkels der Strahlung nur um eine einzige Achse zu drehen. Eine solche Drehung ist mittels nur eines Einstellelementes zu bewirken, d.h. die Einrichtung ist einfach und wenig aufwendig aufgebaut.

'^ Die Drehachse des Reflexionselementes liegt oberhalb seiner reflektierenden Fläche, beispielsweise innerhalb des von der Strahlung zu beaufschlagen den Objektes. Ihre genaue Lage im Raum ist aus dem Winkelbereich zu ermitteln innerhalb dessen der Einfallswinkel einzustellen ist.

sich

Für einen vorgewählten Bereich des Einfallswinkels läßt die Lage der Drehachse des Reflexionselementes so bestimmen, daß für drei im gewählten Bereich liegende Einfallswinkel der Strahlauftreffpunkt auf dem Objekt hochgenau getroffen wird, so daß also für drei Winkellagen des Reflexionselementes der Strahlungsverlauf am Objekt genau derselbe ist. Die Abweichungen in Stellungen zwischen diesen ausgezeichneten Winkellagen sind sehr klein, die Ortsübereinstimmung liegt innerhalb der Beugungsgrenze.

Die Einrichtung nach der Erfindung findet besonders vorteilhafte Anwendung in Monochromatoren, wobei dann das von der Strahlung zu beaufschla-" gende Objekt als Dispersionselement, beispielsweise als Beugungsgitter ausgebildet ist. Die Konstanthaltung des Strahlauftreffpunktes auf dem Dispersions^element ist hier besonders wichtig, da im allgemeinen die Strahlung das Dispersionselement leicht divergent beaufschlagt.

Ganz besonders vorteilhaft findet die Einrichtung nach der Erfindung Anwendung in Ultrahochvakuum-Monochromatoren. Bei diesen ist jede Vakuumdurchführung auöerordentlich aufwendig, so daß die Tatsache, daß bei der Einrichtung nach der Erfindung nur ein einziges Antriebselement und demzufolge nur eine Vakuumdurchführung notwendig ist, eine ausschlaggebende Ersparnis mit sich bringt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Darstellung der geometrisch-optischen Verhältnisse;

Fig. 2 eine schematische Teil-Darstellung eines nach der Erfindung ausgebildeten Monochromators;

Fig. 3 eine Teildarstellung eines Vakuum-Monochromators.

In Fig. 1 ist der von der Strahlung zu beaufschlagende Objektpunkt mit bzeichnet. Die von links kommende Strahlung 1 trifft auf einen ebenen Spiegel 2, der hier in einer ersten Position dargestellt und mit 2.1 bezeichnet ist und trifft unter dem Einfallswinkel 2(J₁ auf das Objekt Auch in einer zweiten Position 2.2 des Spiegels 2 läßt sich erreichen, daß die Strahlung 1 genau auf den Objektpunkt 0 trifft; der Einfallswinkel ist jetzt 2$2« Die beiden Spiegellagen 2.1 und 2.2 definieren die Lage einer Drehachse, deren Durchstoßpunkt durch die Zeichenebene mit M bezeichnet ist; d bezeichnet den Abstand zwischen der Einfallsrichtung der Strahlung 1 und der Ebene des Objektes 0.

Soll nun das Objekt unter einem Winkel 2$ getroffen werden, wobei der

Spiegel 2 entsprechend bewegt wird, so muß die Beziehung 25

d
ζ =

tan 2$

erfüllt sein, wenn die Strahlung stets im Punkt 0 auftreffen soll. Da Z nichtlinear von 2$" abhängt, wird der Objektpunkt 0 in allen Lagen des Spiegels zwischen 2.1 und 2.2 von der reflektierten Strahlung nicht getroffen, wenn der Spiegel um die Achse M gedreht wird.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß bei geeigneter Wahl der Größe X für die beiden Äquidistanten 2.1' und 2.2' eine, durch M' gehende Drehachse gefunden werden kann, bei der bei einer weiteren Lage

;;■-· - .^: : ' 310268A

des Spiegels 2 Übereinstimmung der Strahlung am Objekt erreicht, d.h. der Objektpunkt 0 getroffen wird. In den zwischen den so ermittelten drei ausgezeichneten Winkellagen des Spiegels 2 liegenden Spiegelstellungen werden die Abweichungen sehr klein, es ergibt sich eine innerhalb der 5Beugungsgrenze liegende Übereinstimmung.

Fig. 2 zeigt die Anwendung bei einem Monochromator. Die durch den Eintritts.'spalt 3 kommende Strahlung 4 trifft auf einen ebenen Spiegel 5 und wird von diesem auf ein Beugungsgitter 6 umgelenkt. Der Spiegel 5 ist um lOeine Achse 7 drehbar, die oberhalb seiner reflektierenden Fläche, innerhalb des Gitters 6 liegt. Das Gitter 6 ist um eine in seiner optisch wirksamen Oberfläche liegende Achse 8 im Sinne des Doppelpfeils 9 schwenk· bar.

150er Spiegel 5 ist in zwei Positionen 5.1 und 5.2 dargestellt. In beiden Drehlagen trifft die Strahlung 4 auf den durch die Achse 8 definierten Strahlauftreffpunkt auf dem Gitter 6.

Hinter dem Gitter 6 sind weitere, hier nicht dargestellte Elemente des 20Monochromators angeordnet.

Fig. 3 zeigt einen Hochvakuum-Monochromator. Die vom Eintrittsspalt 10 kommende Strahlung 11 wird vom ebenen Spiegel 12 umgelenkt und trifft auf das Beugungsgitter 13. Dieses ist in einem Gehäuse 14 angeordnet, das um 25die durch den Strahlauftreffpunkt 15 gehende Achse drehbar ist. Diese Drehung wird mittels einer motorisch betätigten Stange 16 bewirkt, welche vakuumdicht durch das schematisch dargestellte Gehäuse 17 geführt ist.

Der Spiegel 12 ist über einen Hebel 18 drehbar am Gehäuse 14 angelenkt.

30Die Drehachse läuft durch den Punkt 19. Am Spiegel 12 ist gelenkig eine Stange 20 befestigt, die vakuumdicht durch das Gehäuse 17 geführt ist. Die Stange 20 wird mittels eines Motors 21 und einer Spindel 22 in Richtung des Doppelpfeils 23 bewegt. Mit dem Bewegungsmechanismus ist direkt ein Meßgerät 24 gekoppelt mit dem die Ist-Stellung des Spiegels

35obgelesen werden kann. Ein ähnliches Meßgerät ist mit der Stange 16 zur Drehung des Gitters 13 verbunden.

Bei dem hier dargestellten Monochromator kann der Winkel (f-j zwischen der Oberfläche des Spiegels 12 und der Einstrahlrichtung 11 beispielsweise 2wischen 1,5° und 13° kontinuierlich eingestellt werden, wobei sich für jede Winkellage eine innerhalb der Peugungsgrenze liegende Ortsüberein- ** Stimmung der Strahlung am Gitter 13 ergibt. Die Strahlung fällt leicht divergent auf das Gitter 13. Dieses kann im angegebenen Beispiel um einen Winkel $2 zwischen 1° und 24° gedreht werden.

L e"e r s θ i t e

Claims (4)

1. Patentonsprüche

   /1. /Einrichtung zum Beaufschlagen eines Objektes mit Strahlung unter ein- ^-^ stellbaren Einfallswinkeln bei Konstanthaltung des Strahlouftreffpunktes, bei der ein Reflexionselement zur Umlenkung der aus einer vorgegebenen Richtung einfallenden Strahlung vor dem Objekt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, da$ das Reflexionselement eine ebene reflektierende Fläche aufweist und um eine Achse (7,19) drehbar ist, die außerhalb der, diese Fläche enthaltenden Ebene liegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Reflexionselementes (5,12) oberhalb seiner reflektierenden

   Fläche liegt.
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3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Reflexionselementes (5,12) aus drei beliebig innerhalb des Bereiches der Einfallswinkel wählbaren Winkellagen dieses Elementes bestimmt ist.
4. 4. Anwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 in einem Monochromator, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Strahlung (4,11) zu beaufschlagende Objekt (6,13) als Dispersionselement ausgebildet ist, das um den

   Strahlauftreffpunkt (8,15) drehbar ist.
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