DE390956C

DE390956C - Illumination optics for slit-shaped diaphragms and spectroscopic instruments

Info

Publication number: DE390956C
Application number: DEO13254D
Authority: DE
Original assignee: Optische Anstalt CP Goerz AG
Current assignee: Optische Anstalt CP Goerz AG
Publication date: 1924-02-26

Description

Beleuchtungsoptik- für spaltförmige Blenden und spektroskopisches Instrument. L# ür manche optische Zwecke, insbesondere bei Benutzung von Spektrographen, ])raucht man streifenförmige Lichtquellen von geringer Breitenausdehnung. Diese gewinnt man ini allgemeinen so, daß man eine spaltförmige Blende von entsprechender Breite durch eine davor gestellte passende Lichtquelle beleuchtet, so rlaß durch den Blendenträger das seitlich vom Spalt auftreffende Licht abgeblendet wird. Die im allgemeinen zur Verfügung stehenden Lichtquellen gestatten nun mit bekannten Einrichtungen weder eine befriedi-W 't ild e Lichtausnutzung, noch eine über die ganze 1_änge des Spaltes gleichförmige Spaltbeleuchtung. Wenn man nämlich Lichtquellen benutzt, welche eine der Spaltform entsprechende Längserstreckung besitzen, wie z. B. N ernststifte, so kann inan zwar dieses Licht durch geeignete Beleuchtungslinsen so auf den Spalt projizieren, daß der Spalt voll und relativ gleichmäßig ausgeleuchtet ist, aber die Lichtquellen sind mit den normal zur Verfügung stehenden lIitteln nicht über längere Zeit konstant zu erhalten. Anderseits ist es mit Hilfe einfacher Projektionslinsen nicht möglich, das Licht solcher Lichtquellen, welche sich mit einfachen Mitteln hinreichend konstant erhalten lasen (z. B. elektrische Spiraldrahtlampen, die mit wenigen Akkumulatorenzvllen zu speisen sind) zu einen i Lichtstreifen von gleichförmiger Intensität auf dein Spalt zu kontentrieren, da die einzelnen Spiralwindungen als quer zum Spalt liegende Lichtbänder in die Erscheinung treten.Illumination optics - for slit-shaped apertures and spectroscopic Instrument. For some optical purposes, especially when using spectrographs, ]) one smokes strip-shaped light sources of small width. These is generally obtained in such a way that a slit-shaped aperture of the appropriate Broadly illuminated by a suitable light source placed in front of it, so let through the diaphragm carrier, the light hitting the side of the gap is blocked. the Generally available light sources now allow with known Facilities neither a satisfactory use of light, nor one about the Whole 1_length of the gap uniform gap lighting. If you have light sources used, which have a longitudinal extension corresponding to the gap shape, such as z. B. N serious pins, so inan can indeed this light through suitable lighting lenses project onto the gap in such a way that the gap is fully and relatively evenly illuminated is, but the light sources are with the normal available means cannot be kept constant over a long period of time. On the other hand, it is easier with help Projection lenses do not allow the light of such light sources, which deal with keep simple means sufficiently constant (e.g. electric spiral wire lamps, which are to be fed with a few accumulator cells) to a strip of light from with uniform intensity to focus on your gap, as the individual spiral turns appear as light strips lying across the gap.

Der Mangel kann durch unscharfe Abbildung der Lichtquelle in: Spalt nur unvollkommen und dabei nur unter starken Lichtverlusten behoben werden.The deficiency can be caused by a blurred image of the light source in: gap can only be repaired imperfectly and only with strong light losses.

Die Erfindung bezweckt, diese Mängel bekannter Spaltbeleuchtungsvorriclitungen zu beseitigen und erreicht den Zweck durch eine Beleuchtungsoptik, welche die Eigenschaft hat, die Lichtquellen nur in einer zum Spalt senkrechten Ebene in der üblichen Weise zu sammeln und auf dem Spalt abzubilden, in der zu dieser Ebene senkrechten, also zum Spalt parallelen Ebene dagegen ohne Abbildung zweckmäßig in parallelem Strahlengang bis zum Spalt weiterzuleiten und dann erst durch ein in der Nähe des Spaltes vorgesehenes System zu sammeln und an einer Stelle hinter dem Spalt zur Abbildung zu bringen, so daß erst an dieser Stelle ein Bild der Lichtquelle mit der derselben eigenen Struktur entsteht. Wenn man dann bei Verwenrlung des auf solche Art beleuchteten Spaltes in @ erbindung init einem Beobachtungsinstruinent, wie namentlich einem Spektrographen, die Einrichtung so wählt, daß die Lichtqueilenabbildung ungefähr an die Stelle der l@intrittspupille des Beobachtungsinstrumentes (oder eines Bildes derselben) zu liegen kommt, dann erscheint der Spalt in voller Ausdehnung bleichmäßig ausgeleuchtet, während die Ungleichförinigkeiten des Bildes der Lichtquelle in der Eintrittspupille des Instrumentes für die Beobachtung wirkungslos bleiben, da bekanntlich alle ungleichförmigen Helligkeitsverteilungen in den Pupillen eines optischen Systems nicht in den Bildebenen in die Erscheinung treten.The invention aims to remedy these shortcomings of known slit lighting devices to eliminate and achieve the purpose through an illumination optics, which the property has the light sources only in a plane perpendicular to the gap in the usual way to collect and map on the gap, in the perpendicular to this plane, so In contrast, the plane parallel to the gap is expediently in a parallel beam path without imaging forward to the gap and only then through one provided in the vicinity of the gap To collect the system and to display it at a point behind the gap, so that only at this point an image of the light source with its own image Structure emerges. If one then, at the confusion of the illuminated in this way Gap in @ erbigung with an observation instrument, such as one by name Spectrograph, the device selects so that the light source image is approximate in place of the l @ intrittspupil of the observation instrument (or an image same) comes to rest, then the gap appears pale in full extent illuminated, while the inequality of the image of the light source in the The entrance pupil of the instrument remains ineffective for observation, as is well known all non-uniform brightness distributions in the pupils of an optical system do not appear in the image planes.

Die hier in Frage kommende Lichtquellenabbildung einerseits am Ort der spaltförmigen Blende und anderseits am Ort der Eintrittspupille eines Beobachtungsinstrumentes läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, rlaß man als Beleuchtungssystem ein System von wenigstens zwei in gewissem Abstand voneinander stehenden Linsen oder Linsensvsteinen verwendet, von welchen mindestens zwei in verschiedenen Achsialschnitten verschiedene Brechkraft haben. Das der Lichtquelle benachbarte Linsensystem sammelt die Lichtstrahlen in einer zum Spalt senkrechten Ebene in üblicher Weise, d. h. es bildet in einer solchen die Lichtquelle annähernd auf dein Spalt ab; in einer zum Spalt parallelen Ebene dagegen macht es die von einem Punkte der Lichtquelle herkommenden Strahlen annähernd parallel. Das zweite, dein Spalt benachbarte Linsensystem läßt in der zum Spalt senkrechten Ebene den Strahlengang ganz oder annähernd unbeein$ußt, sammelt aber die Lichtstrahlen in zum Spalt parallelen Ebenen so daß in einer solchen die Lichtquelle erst in einer gewissen Entfernung hinter dem Spalt abgebildet wird.The light source image in question here, on the one hand, at the location the slit-shaped diaphragm and on the other hand at the location of the entrance pupil of an observation instrument can be achieved in a simple manner by leaving it as a lighting system a system of at least two lenses that are at a certain distance from one another or lens stones are used, of which at least two are in different axial sections have different refractive powers. The lens system adjacent to the light source collects the light rays in a plane perpendicular to the gap in the usual way, d. H. in such a way it maps the light source approximately onto your slit; in a on the other hand, the plane parallel to the gap makes it that of one point of the light source coming rays almost parallel. The second lens system adjacent to your gap leaves the beam path entirely in the plane perpendicular to the gap or almost unaffected, but collects the light rays in planes parallel to the gap so that in such a light source is only a certain distance behind the gap is mapped.

Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigen Abb. i und 2 eine Projektionseinrichtung gemäß der Erfindung in zwei zueinander senkrechten Achsialschnitten, Abb. 3 und ,4 veranschaulichen eine Abänderung ebenfalls in zwei. zueinander senkrechten Achsialschnitten und Abb. 5 einen Achsialschnitt durch die Optik eines Spektrographen mit der neuen Beleuchtungsoptik, .The invention is illustrated on the accompanying drawing, namely, Figs. i and 2 show a projection device according to the invention in FIG two axial sections perpendicular to one another, Figs. 3 and 4, illustrate one Amendment also in two. axial sections perpendicular to each other and Fig. 5 an axial section through the optics of a spectrograph with the new illumination optics, .

Abb. 6 endlich zeigt eine bei der Spektrographenanordnung nach Abb.5 vorgesehene Sektorblende in Ansicht.Finally, Fig. 6 shows one with the spectrograph arrangement according to Fig. 5 provided sector aperture in view.

In den Zeichnungsabbildungen bezeichnet i überall die Lichtquelle, welche als spiralig gewundener Draht einer elektrischen Spiraldrahtlampe angenommen ist, 2 bezeichnet den Lichtspalt, 3 ist eine Beleuchtungslinse üblicher Art, 4 bezeichnet das Objektiv eines Beobachtungsinstrumentes, von dem angenommen ist, daß seine Eintrittspupille mit dem Objektiv zusammenfällt.In the drawings, i denotes the light source everywhere, which is assumed to be the coiled wire of an electric spiral wire lamp is, 2 denotes the light gap, 3 is a conventional type of illumination lens, 4 denotes the lens of an observation instrument which is assumed to be its entrance pupil coincides with the lens.

In den Abb. i und -2 bezeichnen ferner die Zahlen 5 und 6 zwei Zylinderlinsen, deren Erzeugende parallel zueinander und senkrecht zum I,.ichtspalt stehen.In Figs. I and -2, the numbers 5 and 6 also designate two cylindrical lenses, whose generatrices are parallel to each other and perpendicular to the I, .ichtspalt.

In dem Schnitt der Abb. i sind. deshalb diese Zylinderlinsen wirkungslos, so- daß die Lichtquelle in diesem Schnitt durch die sphärische Sammellinse 3 auf dem Spalt abgebildet wird.In the section of Fig. I are. therefore these cylinder lenses are ineffective, so that the light source in this section through the spherical converging lens 3 the gap is mapped.

Die Brechkräfte der Linsen 3 und 5 sind nun so zueinander abgestimmt, daß in dem Schnitt der Abb. 2 zwischen den Linsen 5 und 6 wesentlich paralleler Strahlengang herrscht, so .daß das Licht so weit gesammelt ist, daß es nur den Spalt ausfüllt, ohne jedoch zu einer Abbildung der Lichtquelle zu führen. 1s herrscht demnach im Spalt 2 dieselbe gleichmäßige Lichtverteilung wie auf der Beleuchtungslinse 3. Die Konzentration der Lichtstrahlen in den Schnitt der Abb. 2 zu einem Bild der Lichtquelle erfolgt erst durch die Zylinderlinse 6, welche zu einer Abb. ia am Ort des Objektivs 4 führt. An dieser Stelle erscheint die Lichtquelle mit der ihr eigenen Struktur. Dieses die Struktur der Lichtquelle aufweisende Bild stört indessen wegen der Stelle, an der es sich befindet, in keiner Weise die gleichmäßige Beleuchtung des durch das Objektiv 4 gegebenenfalls in Verbindung mit dahinterliegenden optischen Svsteinen erzeugte Spaltbild.The refractive powers of lenses 3 and 5 are now matched to one another so that that in the section of Fig. 2 between the lenses 5 and 6 are much more parallel The path of rays prevails so that the light is collected so far that it only covers the gap fills in, but without leading to an image of the light source. 1s prevails accordingly, the same uniform light distribution in the gap 2 as on the illumination lens 3. The concentration of the light rays in the section of Fig. 2 to form an image of the The light source only comes through the cylindrical lens 6, which leads to a fig of the lens 4 leads. At this point the light source appears with its own Structure. However, this image, which has the structure of the light source, is disturbing the place where it is, in no way the uniform lighting of the lens 4, possibly in conjunction with the optical behind it Svsteinen generated split image.

Der Zweck der gleichmäßigen Spaltausleuchtung bei günstiger Lichtausnutzung ist nur durch die gleichzeitige Anwendung zweier Linsen von der Art der Zylinderlinsen 5, 6 erreichbar. Wenn man nämlich der Beleuchcungslinse 3 nur eine einzige negative Zylinderlinse 5 zuordnen würde, dann hätte man nur die Wahl zwischen Lichtvergeudung oder mehr oder weniger deutlicher Streifenbildung im Lichtspalt.The purpose of even illumination of the gap with favorable light utilization is only due to the simultaneous use of two lenses of the type of cylinder lenses 5, 6 reachable. If you namely the lighting lens 3 only a single negative Would assign cylindrical lens 5, then one would only have the choice between wasting light or more or less clear streaking in the light gap.

Es steht nichts im Wege, die Beleuchtungslinse 3 mit :der Zylinderlinse 5 zu einem einzigen Linsenkörper zusammenzuziehen, der dann einerseits sphärisch, anderseits zylindrisch oder aber im ganzen torisch ist.Nothing stands in the way of the illumination lens 3: the cylinder lens 5 to contract into a single lens body, which is then on the one hand spherical, on the other hand, it is cylindrical or else toric as a whole.

Übrigens ist es im Regelfalle erforderlich, wenigstens die Beleuchtungslinse 3 und die Zylinderlinse 5 oder den ihnen im System entsprechenden Teil zu korrigieren, damit für alle Farben und Zonen eine scharfe Vereinigung der Lichtstrahlen im Spalt erfolgt.Incidentally, it is usually necessary to have at least the lighting lens 3 and to correct the cylinder lens 5 or the part corresponding to them in the system, thus a sharp union of the light rays in the gap for all colors and zones he follows.

Wenn man in dem Strahlengang ein absorbierendes Medium von endlicher Dicke einzus,.halten wünscht, wie es besonders bei spektr ographischen Untersuchungen der Fall ist, so bleibt die Lage der Bilder der Lichtquelle nur dann unbeeinflußt, wenn die Einschaltung des absorbierenden Mediums an einer Stelle teleskopischen Strahlenganges erfolgt. Die in den Abb. i und 2 dargestellte Optik weist je- doch eine Stelle, an der in beiden Schnitten teleskopischer Strahlengang herrscht, nicht auf. Das optische System muß daher so abgeändert werden, daß eine solche Stelle ges--haffen wird. Das geschieht nach Abb.3 und 4, indem die Beleuchtungslinse 3a im Abstand ihrer Brennweite von der Lichtquelle i angeordnet wird, so daß die von jedem Punkt der Lichtquelle herkommenden .Strahlen- einaizder parallel aus der Linse austreten und demnach hinter ihr teleskopischer Strahlengang herrscht, der durch Einschaltung einer planparallelen Platte eines beliebigen brechenl(#ii Mediums nicht verändert wird. Eine solche planparallele Platte, z. B. ein Glastrog mit absorbierender Flüssigkeit; ist auf der Zeichnung bei 7 in Abb. 3 und 4 angedeutet.If one wishes to hold an absorbing medium of finite thickness in the beam path, as is particularly the case with spectral examinations, the position of the images of the light source is only unaffected if the switching on of the absorbing medium at one point is telescopic Beam path takes place. The optics shown in Figs. 1 and 2, however, do not have a point at which there is a telescopic beam path in both sections. The optical system must therefore be modified in such a way that such a point is created. This is done according to Fig. 3 and 4, in that the illumination lens 3a is arranged at a distance of its focal length from the light source i, so that the .Strahlen- einaizder coming from every point of the light source emerge parallel from the lens and thus prevail behind their telescopic beam path, which is not changed by inserting a plane-parallel plate of any breaking medium. Such a plane-parallel plate, e.g. a glass trough with absorbing liquid; is indicated in the drawing at 7 in Figs. 3 and 4.

Um nun in Abb. 3 und 4 mit Bezug auf den Spalt gleiche Strahlengänge zu erzeugen, wie sie in Abb. i und 2 durch die Linsen 5 und 6 erzeugt werden, muß man hinter der planparallelen Platte 7 --eine positive Zylinderlinse 5a schalten, und zwar so, daß ihre Erzeugende parallel zum Spalt 2 liegt und gleichzeitig nahe dem Spalt 2 eine Zylinderlinse 6a anordnen, deren Erzeugende ebenso wie diejenige der Zylinderlinse 6 der Abb. i und 2 senkrecht zum Spalt steht. Es entsteht dann wiederum eine Lichtquellenabhildung nur in dem Objektiv 4 des Beobachtungsinstrumentes, während gleichzeitig der Spalt 2 strukturfrei von Licht ausgefüllt ist.To now in Fig. 3 and 4 with reference to the slit the same ray paths to generate, as they are generated in Fig. i and 2 by the lenses 5 and 6, must a positive cylindrical lens 5a is placed behind the plane-parallel plate 7, in such a way that its generatrix is parallel to the gap 2 and at the same time close Arrange a cylindrical lens 6a in the gap 2, the generatrix of which as well as the one the cylindrical lens 6 of Fig. i and 2 is perpendicular to the gap. It then arises again a light source image only in the objective 4 of the observation instrument, while at the same time the gap 2 is filled with light without a structure.

Abb.5 veranschaulicht schematisch die neue Beleuchtungsoptik in Verbindung mit einem Spektrographen, zum Zweck der Untersuchung des Absorptionsspektrums der bei 7 eingeschalteten Medien. Die Teile des Beleuchtungssystems sind dieselben wie in Alb. 3 und q. dargestellt und daher auch mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Objektiv d. des Beobachtungsinstrumentes erscheint bei der Anordnung nach Abb. 5 durch zwei Linsensysteme d.u, :Ib ersetzt, zwischen denen ein Prisma 8 liegt. Bei dieser Anordnung ist der Raum zwischen den Systeinteiien 4«, d. b als Aperturblende aufzufassen, so daß im Sinne der obigen Darlegungen in dem der Abb. d. entsprechenden Schnitt die Lichtduelle in das Prisma hinein oder in dessen Nähe zu projizieren ist.Fig.5 schematically illustrates the new lighting optics in conjunction with a spectrograph for the purpose of studying the absorption spectrum the media switched on at 7. The parts of the lighting system are the same like in Alb. 3 and q. shown and therefore provided with the same reference numerals. The lens d. of the observation instrument appears in the arrangement according to Fig. 5 replaced by two lens systems d.u,: Ib, between which a prism 8 is located. With this arrangement, the space between the system parts is 4 ", i. b as an aperture stop to be understood, so that in the sense of the above explanations in the Fig. d. appropriate Cut the light duels into or near the prism to project it is.

Bei photographischen Messungen von Absorptionskonstanten muß man die Möglichkeit haben, die wirksame Lichtintensität in meßbarer Weise zu schwächen. Die photographische Platte hat aber die Eigentümlichkeit, abweichend vom menschlichen Auge, auf eine Intermittenzschwächung anders zu reagieren wie auf eine Intensitätsschwächung. Es bedarf daher zur Gewinnung einwandfreier 1 ntensitätsskaleil einer Einrichtung, um die Intensität der Belichtung der Platte zu verändern, ohne zu dein Mittel der Lichtinterinittenz, d. h. der periodischen völligen Abblendung zu greifen, wie sie bei Anwendung cilies rotierenden Sektors üblicher Art finit außerhalb des Strahlenganges liegender Drehachse bewirkt wird.For photographic measurements of absorption constants, one must use the Have the opportunity to weaken the effective light intensity in a measurable way. The photographic plate, however, has a peculiarity that differs from the human one Eye to react differently to a weakening of the intermittency than to a weakened intensity. In order to obtain a flawless intensity scale, a facility is therefore required, to change the intensity of the exposure of the plate without affecting your means of the Light interference, d. H. to grab the periodic full dimming as they when using cilies rotating sector of the usual type finite outside the beam path horizontal axis of rotation is effected.

Es ist daher in Abb. 5 und 6 ein rotierender Sektor q abgeänderter Form vorgesehen, dessen finit dem Sektorscheitel zusammenfallende Drehachse in die optische Achse der Beleuchtungsvorrichtung gelegt ist, so daß nur eine Abdeckung von Objektivabschnitten nacheinander in kontinuierlicher Folge, nieinals aber eine völlige Schließung der Aperturblende erfolgt. Für die Gleichförmigkeit der Belichtung unter Verwendung eines solchen drehbaren Sektors und für die Möglichkeit der Erzeugung einer beliebigen Lichtabstufung ist es wesentlich, daß der Sektor während der Aufnahme kontinuierlich umläuft und nicht nur periodisch umgeschaltet wird.A rotating sector q is therefore modified in FIGS. 5 and 6 Form provided, the finite axis of rotation coinciding with the sector vertex in the optical axis of the lighting device is placed so that only a cover of lens sections one after the other in a continuous sequence, but never one complete closure of the aperture diaphragm takes place. For the uniformity of exposure using such a rotatable sector and for the possibility of generation any light gradation, it is essential that the sector during recording rotates continuously and is not only switched periodically.

Die Lagerung eines solchen rotierenden Sektors, dessen Drehachse mit der optischen Achse des Beleuchtungssystems zusammenfällt, erfolgt zweckmäßig in einem den Sektor umschließenden Ringlager. Die Sektorblende wird dabei niehrteifg ausgeführt, so daß die einzelnen "feile gegeneinander verstellt und dadurch die Größe des Blendensektors und in Abhängigkeit davon die Lichtabschwächung geregelt werden kann.The storage of such a rotating sector, whose axis of rotation with coincides with the optical axis of the lighting system, is expediently carried out in a ring bearing enclosing the sector. The sector diaphragm becomes less rigid executed so that the individual "files are adjusted against each other and thereby the Size of the aperture sector and, depending on it, the light attenuation regulated can be.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Lighting optics for slit-shaped screens, consisting from a projection device, which the light source in the perpendicular to the gap Level exactly or approximately to the gap to be illuminated, in the one parallel to the gap On the other hand, the plane is at a point at a certain distance behind the gap projected. z. Illumination optics according to claim i, characterized in that the Projection system consisting of a spherical lighting lens and two additional lenses consists, which latter in different axial sections different refractive power have, and one of which is adjacent to the gap. 3. Illumination optics according to Claims i and -9, characterized in that the illumination lens finite the one of the two lenses with different refractive powers in different axial sections is contracted into a single lens. Illumination optics according to claim i and 2 or 3, characterized in that the illumination lens and that of you The closest lens of different refractive power in different axial sections existing system is designed so that between two components of this system telescopic beam path (in any axial sections) prevails. 5. Illumination optics according to claim d., characterized in that the projection device consists of a corrected spherical component and two corrected cylindrical lens components is put together, which latter are arranged so that the generators their cylindrical surfaces are perpendicular to each other, namely that of the gap adjacent lens perpendicular to the same. 6. Spectrographic instrument finite Slit illumination optics, characterized in that the latter consists of a spherical Lighting system in the focus of which the light source is located, and two cylinder lens systems intersecting at right angles, of which the is located farthest from the light source near the gap.