DE4340103A1 - Spektralphotometer mit Beugungsgitter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spektralphotometer, insbesonde­ re Spektralphotometer, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Optische Geräte, in denen eine spektrale Zerlegung des Lichts erfolgt, weisen als die Zerlegung bewirkendes Ele­ ment üblicherweise ein Prisma oder ein optisches Beugungs­ gitter auf.

Wegen des möglichen Wegfalls von Linsenanordnungen zur Bündelung des vom Spalt einfallenden und/oder des vom Git­ ter gebeugten Lichts für sehr kurze Wellenlängen besonders geeignet und zudem im konstruktiven Aufbau einfach sind konkave Beugungsgitter vom Rowland-Typ.

Spektralapparate mit einem derartigen Beugungsgitter sind etwa in US 5 066 127 oder EP 0 322 654 beschrieben.

Weiterhin sind Spektralapparate mit rotierendem Prisma oder Beugungsgitter bekannt, bei denen das Abbild der ver­ schiedenen Spektralanteile und Beugungsordnungen durch Drehung des Gitters gegenüber dem vom Beleuchtungsspalt einfallenden Lichtbündel an ein und denselben Punkt - etwa eine einzelne Photodiode - erzeugt werden kann. Die Dre­ hung des Gitters, deren Betrag sehr genau registriert wer­ den muß, erfolgt insbesondere mit einem hochpräzisen Line­ armotor.

Beugungsgitter für optische Geräte bestehen traditionell aus Glas, in das die Gitterstruktur mechanisch eingraviert ist. Eine diesem Zweck dienende, hochentwickelte Vorrich­ tung ist in US 4 012 843 beschrieben.

Auf diesem Wege hergestellte Beugungsgitter sind kosten­ aufwendig, zumal, wenn für spektroskopische oder photome­ trische Anwendungen zur Erzielung hoher (Wellenlängen-) Auflösung sehr hohe Genauigkeitsanforderungen eingehalten werden müssen. Besonders teuer sind konkave Bewegungsgit­ ter aus Glas, so daß die Herstellung kostengünstiger Spek­ tralapparate, insbesondere Spektralphotometer, für den breitesten Einsatz mit derartigen Gittern nicht möglich ist.

Hinzu kommt, daß Glasgitter nachträglich mit gesonderten Halteelementen zum Einbau und zur Justierung sowie ggf. zur Bewegung des Gitters versehen werden müssen, was die Material- und Arbeitskosten weiter erhöht.

Bekannt sind auch Beugungsgitter aus Kunststoff, die übli­ cherweise durch Prägeverfahren unter Verwendung einer Glas- oder Metall-Urform in einer Kunststoffolie herge­ stellt werden.

Hierbei bringt der Schritt des Einprägens der Gitterstruk­ tur in den Kunststoff wegen dessen mechanischer - insbe­ sondere rheologischer - Eigenschaften eine erhebliche Ein­ buße an Strukturperfektion mit sich, so daß derart herge­ stellte Gitter für hochwertige Geräte kaum verwendbar sind. Die erforderliche Befestigung auf einem mechanisch stabilen Träger mit Halte- bzw. Befestigungsteilen erhöht auch hierbei den Herstellungsaufwand des Gerätes.

Aus H. Dislich, E. Hildebrandt: "Method of Production of Diffraction Gratings from Plastics with Inhibited Thermal Expansion", Optik 1968, S. 126-131, ist es bekannt, Kunststoff-Beugungsgitter mit niedrigem thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten durch Auspolymerisation an einem Ma­ ster aus Glas oder Glaskeramik zu bilden. Dieses Verfahren ist aufwendig und liefert ebenfalls nur dünne, mechanisch instabile Gitter-Folien.

An ein konkaves Gitter zum Einsatz in einem Spektralappa­ rat von Rowland-Typ sind wegen dessen besonderer Abbil­ dungseigenschaften gegenüber einem ebenen Gitter noch er­ höhte Anforderungen an die Genauigkeit der Gitterteilung zu stellen. Darüber hinaus ist die komplementäre Struktur der Negativform auf einer konvexen Oberfläche zu erzeugen. Daher ist die Herstellung der Urform auf mechanischen Wege mit noch wesentlich erhöhtem Aufwand und größeren Toleran­ zen verbunden.

Es ist - etwa aus DE-OS 16 23 803 und mehreren Zusatzpa­ tenten hierzu - auch bekannt, photochemische Strukturbil­ dungsverfahren, wie sie in der Technologie der Mikroelek­ tronik große Bedeutung gewonnen haben, zur direkten Her­ stellung von optischen Beugungsgittern zu nutzen. Dabei wird in den Abbildungsbereich einer bei Überlagerung zweier kohärenter Strahlenbündel entstehenden Interferenz­ figur eine Resistschicht eingebracht, mit der Interferenz­ figur belichtet und anschließend zum Gitter entwickelt.

Das auf diese Weise als Resistschicht auf einem Träger er­ zeugte Gitter wird mit einer Metallschicht bedampft und (wiederum nach Aufbringen auf einen Träger) als optisches Element in einem Gerät eingesetzt. Es können aber auch weitere Gitter von einem auf diese Weise erzeugten (Muster-)Gitter umkopiert werden.

Dies ist aufwendig und erhöht damit die Kosten der Gitter und damit der Spektralapparate, und konkave Gitter für Rowland-Apparate sind auf diese Weise nicht ohne weiteres herzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spek­ tralgerät, insbesondere Spektralphotometer, der eingangs genannten Gattung anzugeben, das - insbesondere auch in einer Ausführung vom Rowland-Typ - einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Spektralgerät mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, ein Spektralgerät mit einem Spritzguß-Beugungsgitter mit anwendungsgerechter Gitterperfektion und einstückig angeformten, der Halte­ rung, Justierung und ggf. Bewegung dienenden Abschnitten bzw. Teilen zu schaffen, das auch als konkaves Gitter in guter Qualität und mit niedrigen Kosten erzeugt werden kann und das den konstruktiven Aufbau des Gerätes verein­ facht. Dies ist insbesondere für Spektralgeräte der unte­ ren Preisklasse - etwa Spektralphotometer für den breiten Einsatz - wichtig.

Als Gittermaterial eignen sich Epoxidharze, Silikonmassen und vor allem auch Thermoplastwerkstoffe wie Polykarbonat. Letztere weisen besonders gute Fließeigenschaften auf und lassen sich gut metallisieren.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Spektralgerätes, die dessen Einsatz in bestimmten Anwendungsgebieten erst er­ möglicht, besteht darin, daß das Beugungsgitter einen Po­ sitivabdruck einer unter Anwendung eines photochemischen Verfahrens hergestellten Negativform aufweist, d. h. nicht den Abdruck einer auf mechanischem Wege strukturierten Vorlage darstellt.

Besonders kostengünstig und in hoher Qualität ist ein sol­ ches Gitter herstellbar, wenn es einen Positivabdruck ei­ ner unter Anwendung holografischer Methoden hergestellten Negativform aufweist.

Wie oben ausgeführt, sind Spektralgeräte mit konkaven Beu­ gungsgittern herkömmlicher Art besonders herstellungsauf­ wendig. Daher ist eine praktisch bedeutsame Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Spektralphotometers ein sol­ ches, bei dem das Beugungsgitter ein konkaves Beugungsgit­ ter ist. Ein derartiges Spektralgerät ist wegen der stark verringerten Gitterkosten und des einfachen Aufbaus auch dazu geeignet, den Spektralgeräten Anwendungsgebiete zu erschließen, für die sie bisher aus Kostengründen nicht eingesetzt wurden, etwa auf dem Gebiet der Umweltüberwa­ chung.

Vorteilhaft ist die Ausgestaltung eines Spektralgerätes im Sinne der Erfindung auch für Monochromatoren, die eine Vorrichtung zum Drehen des Beugungsgitters um einen exakt meßbaren Winkelbetrag - etwa einen Schrittmotor mit Kraft­ übertragungselementen - und einen feststehenden Austritts­ spalt aufweisen derart, daß der vorbestimmte Abschnitt des vom Beugungsgitter erzeugten Spektrums durch eine defi­ nierte Drehung des Beugungsgitters auf den Austrittsspalt abgebildet werden kann. An das Beugungsgitter sind hier Abschnitte angeformt, die zu dessen Bewegung dienen, ins­ besondere den Eingriff eines auf einer Motorwelle angeord­ neten Kraftübertragungselements ermöglichen.

Gegenüber Spektralgeräten mit Glasgittern, die zum Einbau im Gerät gefaßt werden müssen, zeichnet sich das erfin­ dungsgemäße Gerät insbesondere aus durch die kostengünsti­ ge Herstellbarkeit des Gitters, die einfachere Montage und Justage und den Fortfall von Genauigkeits- und Stabili­ tätsproblemen, die sich ergeben aus: Fügetoleranzen, und der Notwendigkeit von Fassungen bzw. Halterungen, in denen Teile mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten in definierter Stellung zueinander verbunden werden müssen.

Bei einem Spektrometer mit Kunststoffgitter ist eine Ver­ spiegelung der Gitteroberfläche - insbesondere ein Belegen mit einem gut reflektierenden Metall im Wege der Vakuumbe­ dampfung - zur Erreichung einer hohen Empfindlichkeit zweckmäßig.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung in Form eines Photometers anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Spektralgerätes vom Rowland-Typ nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2a bis 2c eine schematische Darstellung der Hauptschritte bei der Herstellung der Negativform entspre­ chend einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Beugungsgitters.

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips der Abformung eines konkaven Beugungsgitters von der Negativ­ form durch Spritzgießen entsprechend einer Ausführungsform des Verfahrens.

Fig. 4a bis 4f schematische Darstellungen der einzel­ nen Phasen des Spritzgießverfahrens,

Fig. 5a und 5b eine Draufsicht sowie eine Querschnitts­ darstellung des Gitters bei einer Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Spektralgerätes,

Fig. 6a und 6b eine Vorderansicht sowie eine Schnitt­ darstellung des Gitters bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektralgerätes und

Fig. 7a und 7b zwei alternative Antriebsvarianten des Gitters bei einem Spektralphotometer mit rotierendem Git­ ter nach Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß der stark vereinfachten Darstellung der Fig. 1 weist ein Spektralgerät nach Rowland-Bauart (mit Spektral­ zerlegung und -fokussierung durch ein konkaves Beugungs­ gitter) nach einer Ausführungsform der Erfindung als wich­ tigste optische Bauteile eine Lampe L, von der ein durch eine erste (nicht dargestellte) Blende ausgeblendetes Lichtbündel ausgeht, eine Küvette K für die zu untersu­ chende Probe, eine Eintrittsblende EB mit Eintrittsspalt ESp, das konkave Beugungsgitter G, eine Austrittsblende AB mit Austrittsspalt ASp und eine Photodiode D als Meßaufneh­ mer auf. (Die Elemente zur Strahlaufspaltung in Untersu­ chungs- und Referenzstrahlengang sind in Fig. 1 ebensowe­ nig dargestellt wie Elemente zur Strahlformung und -umlenkung und die elektrischen und elektronischen Bau­ gruppen zur Steuerung des Gerätes und zur Auswertung.)
Das die Küvette K mit der Probe durchsetzende Lichtbündel wird durch die Probe entsprechend deren spektralem Absorp­ tionsvermögen absorbiert. Durch die Eintrittsblende EB wird im Eintrittsspalt ESP ein schmales Strahlenbündel S1 ausgeblendet oder - mit anderen Worten - der auf der Ober­ fläche GO des Gitters G abzubildende Spalt bestimmt.

Die Gitteroberfläche GO des aus Polykarbonat oder einem ähnlichen Thermoplast mit hoher Präzision spritzgegossenen Beugungsgitters G mit ähnlichen Fließeigenschaften weist eine Krümmung mit einem Radius auf, die dem Durchmesser des Krümmungskreises KK entspricht. Oberhalb und unterhalb des als Gitteroberfläche ausgebildeten vertikalen Gitter­ abschnitts sind an das Gitter je ein Achsenabschnitt A an­ gegossen, die in entsprechenden Ausnehmungen im (nicht ge­ zeigten) Photometergehäuse ruhen und das Beugungsgitter dort leicht drehbar halten.

An die der optisch wirksamen Gitteroberfläche GO entge­ gengesetzte Gitterfläche (Gitter-Rückseite) ist ein kreis­ abschnittförmiges Zahnsegment Z angegossen, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem Scheitelpunkt der Gitterober­ fläche und der Mittelinie der Achsabschnitte A zusammen­ fällt. Das Zahnsegment Z steht im Eingriff mit den Ritzel R eines Schrittmotors M, mit dem die Winkelstellung des Beugungsgitters in der Zeichenebene der Figur in kleinen Schritten verändert werden kann.

Durch die Veränderung der Winkelstellung des Beugungsgit­ ters werden unterschiedliche Abschnitte des vom konkaven Beugungsgitter G gebeugten und reflektierten Strahlbün­ dels S2 auf den Austrittsspalt ASp in der Austrittsblende AB abgebildet und gelangen zur Fotodiode F, die ein der Lichtmenge proportionales Ausgangssignal abgibt. Wird die aktuelle Winkelstellung des Gitters bei jedem Schritt zu­ sammen mit dem Ausgangssignal der Photodiode registriert, so repräsentieren die Wertepaare die Spektralverteilung des Lichts nach Durchlaufen der Küvette mit der Probe, aus der sich nach Berücksichtigung der Spektralverteilung des Referenzstrahls die spektrale Absorption durch die Probe ergibt.

Das in der Figur skizzierte Beugungsgitter G aus thermo­ plastischem Kunststoff mit angegossenen Achsenanschnitten A und Zahnsegment Z ist als einstückiges Bauteil leicht herzustellen und erfordert keinerlei Montageaufwand für nachträglich am Gitter anzubringende Halte- und Bewe­ gungselemente. Überdies ist es sehr leicht, so daß als Mo­ tor ein Schrittmotor mit geringer Leistung und entspre­ chend günstigem Preis eingesetzt werden kann.

Diese Vorteile sind - mehr oder minder ausgeprägt - auch Ausführungsformen eigen, die sich von der in Fig. 1 schema­ tisch skizzierten unterscheiden, d. h. statt des Zahnseg­ ments andere die Antriebskraft des Motors aufnehmende Mit­ tel am Gitter umfassen oder auch anstelle des drehbaren Gitters eine Zeile von Meßwertaufnehmern aufweisen. Im letzteren Falle entfällt zwar der Vorteil, daß auch das Zahnsegment (bzw. ähnliche Mittel) direkt am Gitter ange­ formt sind, aber auch hierbei ergeben sich Vorteile durch angegossene Halte- und Justierungsabschnitte.

Die Ausführung der Erfindung ist auch nicht auf Spektral­ geräte mit konkavem Beugungsgitter beschränkt, sondern bei sämtlichen Spektralgeräten möglich, bei denen zur Zerle­ gung des Lichts ein Reflexionsgitter dient.

Nachfolgend wird an einem Beispiel beschrieben, auf welche Weise das wesensbestimmende Bauteil des erfindungsgemäßen Spektrometers - das Spritzguß-Beugungsgitter mit angeform­ ten Halte- und/oder Justierungselementen - zweckmäßig her­ gestellt werden kann.

In Fig. 2a ist schematisch verdeutlicht, wie ein Rohling aus dem Glaskeramik-Werkstoff Zerodur 1′′ durch Schleifen und Polieren mittels eines rotierend über eine seiner Stirnflächen bewegten Werkzeugs 2 zu einer in ihrer Grund­ form zylindrischen Negativ-Vorform 1′ mit einer ebenen Stirnfläche 1a und einer sphärisch konvexen Stirnfläche 1b mit optischer Oberflächengüte bearbeitet wird. Diese Bearbeitung erfolgt auf eine Weise, wie sie für die Bear­ beitung von optischen Bauteilen aus Glas - etwa Linsen und Spiegeln - bekannt ist. Die Abweichungen der Gestalt der Negativ-Vorform von der Ideal- bzw. Sollform liegen im Er­ gebnis der feinoptischen Bearbeitung bei etwa 60 nm oder darunter. Diese Formgenauigkeit ist Voraussetzung zur Er­ zielung guter Abbildungsparameter des herzustellenden Beu­ gungsgitters.

Anschließend werden beide Stirnflächen der Negativ-Vorform 1′ mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen, die in den Figuren nicht dargestellt ist.

Auf die konvexe Oberfläche 1b wird sodann - etwa durch Aufschleudern ("spin-coating") - eine dünne Fotolack­ schicht 3 aufgebracht, die für eine Belichtungs-Wellenlänge von 458 nm empfindlich ist. Als Fotolack kann dabei sowohl ein sogenannter Positiv- als auch ein Negativ-Resist ver­ wendet werden. Beide Resist-Arten unterscheiden sich inso­ fern, als beim Positiv-Resist die belichteten Teile im Entwicklungsprozeß aus der Schicht herausgelöst werden während beim Negativ-Resist die belichteten Teile stehen bleiben und die unbelichteten Teile herausgelöst werden. Die Dicke der Lackschicht wird entsprechend der zu erzeu­ genden Gitterstruktur und in Abstimmung auf das Ätzmittel und die Verfahrensparameter des anschließenden Ätzschrit­ tes vorgegeben.

Nachdem die Resistschicht getrocknet wurde, wird die Negativ-Vorform 1′, wie Fig. 2b schematisch verdeutlicht, von der ebenen Stirnfläche 1a - also von der (konkaven) Rückseite der konvexen Oberfläche 1b - aus mit den überla­ gerten monochromatischen und kohärenten Lichtbündeln zweier Punktlichtquellen 4a und 4b belichtet. Die Punktlicht­ quellen 4a und 4b werden in der praktischen Ausführung et­ wa durch einen mittels einer Spiegel-Prismen-Anordnung aufgespaltenen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 458 nm realisiert. Sie entwerfen in der Ebene der Fotolack­ schicht 3 auf der Oberfläche 1b ein holografisches Inter­ ferenzmuster und prägen dieses der Fotolackschicht inhä­ rent ein.

Anschließend wird der Resist entwickelt, und im Ergebnis des Entwicklungsschrittes entsteht aus der Resistschicht 3 mit gleichmäßiger Dicke eine strukturierte Schicht 3′ (siehe Fig. 2c) mit annähernd sinusförmigen Querschnitt. Für die Qualität der herzustellenden Gitter kommt es dar­ auf an, daß die Dicke der Resistschicht (in Abstimmung mit den Parametern des Entwicklungs- und des nachfolgenden Ätzschrittes) so groß gewählt wird, daß sich in dieser ge­ rade ein sinusförmiges Tiefenprofil mit idealer, unver­ zerrter Gestalt bzw. voller Amplitude ausbilden kann.

Der Resist wird dann gebacken bzw. gehärtet und kann ggf. auch mit einer zusätzlichen Schicht zur besseren Steuerung des folgenden Ätzschrittes bedeckt werden.

Wie Fig. 2c schematisch zeigt, wird anschließend die kon­ vexe Oberfläche 1b unter Nutzung der (in der Figur strich­ punktiert dargestellten) strukturierten Schicht 3′ als Ätzmaske unter Verwendung einer Ionenstrahlquelle 5 einem gerichteten Ionenstrahlätzen unterzogen, in dessen Verlauf die von den dünneren stehengebliebenen Abschnitten der Ätz­ maske 3′ bedeckten Abschnitte der Oberfläche 1b stärker geätzt werden als die noch mit einer dickeren Schicht be­ deckten Abschnitte.

In diesem Schritt bildet sich eine annähernd den Verlauf des Tiefenprofils der Maske 3′ wiedergebende Reliefstruk­ tur im Material der Negativ-Vorform 1′ aus, wodurch die Negativform 1 entsteht. Die Profiltiefe hängt dabei von den Ätzparametern - beim Ionenstrahlätzen insbesondere von der Ätzdauer und der Ionenart und -energie - ab und kann durch Vorgabe dieser Parameter gesteuert werden. Da es durch unterschiedlichen Abtrag des Resists und des Glaskeramik-Materials der Negativform zu einer Gestaltän­ derung des vorgegebenen Struktur-Querschnittes kommt, muß die Wahl der Belichtungs-, Entwicklungs- und Ätzparameter bereits (im Sinne einer Vorkompensation) unter Berücksich­ tigung dieser Veränderung erfolgen.

Fig. 3 zeigt schematisch, daß von der Negativform 1 - in­ dem sie in ein Spritzgußwerkzeug 6 aus Stahl eingelegt wird und diese über einen Extruder 7 mit dem plastifizier­ ten (flüssigen bzw. erweichten) Ausgangsmaterial 8′ des künftigen Gitters gefüllt wird - ein konkaves Beugungs­ gitter 8 abgeformt wird.

Die Fig. 4a bis 4f zeigen den Ablauf des Spritzgießverfah­ rens genauer. Eine Bezeichnung der Teile der verwendeten Vorrichtung wird zur besseren Übersichtlichkeit der Dar­ stellungen nur in Fig. 3a vorgenommen. Die jeweiligen Be­ wegungsrichtungen der Teile sind - soweit in den einzelnen Schritten Bewegungen stattfinden - durch Pfeile verdeut­ licht.

Fig. 4a zeigt wiederum das aus zwei relativ zueinander verschieblichen Teilen 6a und 6b zusammengefügte Spritz­ gußwerkzeug 6 mit der in das Teil 6a eingelegten Negativ­ form 1 zur Abformung der Gitteroberfläche. Der Extruder 7 weist eine Schnecke 9 auf, die Kunststoffgranulat 8′′ aus einem Vorratsbehälter 10 erfaßt und in Richtung der Spritzgußform 6 vorschiebt. Um den der Spritzgußform 6 zu­ gewandten Mantelabschnitt des Extruders 7 (den Heizzylin­ der 7b) ist eine Heizung 11 angeordnet, die eine Verflüs­ sigung bzw. Erweichung des Kunststoffgranulats 8′′ bewirkt und dieses damit in plastifiziertes Material 8′ überführt, das durch eine Austrittsdüse 7a des Extruders in das Spritzgußwerkzeug 6 gelangen kann.

Der in Fig. 4a gezeigte Zustand der Spritzgießvorrichtung ist der zu Beginn des Spritzgießvorganges, in dem die ent­ sprechend der obigen Beschreibung hergestellte Negativform 1 in das Spritzgießwerkzeug 6 eingelegt, dieses geschlos­ sen und der Vorratsbehälter 10 mit Kunststoffgranulat ge­ füllt ist. Auch der Heizzylinder 7b ist mit der Kunststof­ formmasse gefüllt, die sich im hinteren Bereich noch im granulierten Zustand 8′′ befindet und im vorderen Bereich infolge der Erwärmung durch die bereits eingeschaltete Heizung 11 plastifiziert ist. Der Schneckenkolben 9 ist vollständig zurückgezogen.

Fig. 4b zeigt, daß anschließend der gesamte Extruder in Richtung auf das Spritzgießwerkzeug 6 vorgeschoben wird, bis die Vorderkante der Spritzdüse 7a an diesem anliegt.

Dann wird, wie Fig. 4c zeigt, der Schneckenkolben 9 inner­ halb des Heizzylinders 7 des Extruders vorgeschoben, womit plastifizierter Kunststoff 8′ aus dem vorderen Bereich des Extruders 7 unter hohem Druck durch die Düse 7a in das Spritzgießwerkzeug 6 gedrückt wird, bis dieses vollständig gefüllt ist. Damit ist das Kunststoff-Beugungsgitter 8 in seiner Form gebildet.

Anschließend wird, wie Fig. 4d zeigt, der Schneckenkolben 9 unter Drehen wieder zurückgezogen, wobei neues Kunst­ stoffgranulat 8′′ in den hinteren, nicht beheizten Abschnitt des Heizzylinders 7 zugeführt wird.

Im voll zurückgezogenen Zustand des Schneckenkolbens 9 ist der gesamte Extruder 7 wieder mit Kunststoff gefüllt. Die­ sen Zustand des Extruders - der hier zudem bereits wieder von der Spritzgußform 6 zurückgezogen ist, zeigt Fig. 4e.

Zuletzt wird, wie Fig. 4f zeigt, das Spritzgießwerkzeug 6 geöffnet, indem die beiden Teile 6a und 6b auseinandergezo­ gen werden. Das fertig geformte Kunststoff-Beugungsgitter 8 wird entnommen.

Dessen strukturierte (Gitter-)Oberfläche wird üblicherwei­ se - was in den Figuren nicht dargestellt ist - noch ei­ ner Verspiegelung unterzogen, die etwa durch Aufdampfen von Aluminium in einer herkömmlichen Vakuumbeschichtungs­ anlage erfolgen kann.

Mit der beschriebenen Herstellung der Gitter lassen sich an deren Grundform zugleich Fortsätze, Ausnehmungen, Ach­ sen etc. zur Halterung und ggf. Bewegung beim späteren Ein­ satz in einem optischen Gerät oder auch sonstige, kon­ struktiv mit dem Gitter starr verbindbare Teile des betref­ fenden Gerätes an das Gitter anformen, womit wesentliche Vereinfachungen des Aufbaus und Kostensenkungen erreichbar sein können.

Der Verfahrensabschnitt des Spritzgießens wird mit den üb­ lichen, auf den konkreten Werkstoff angepaßten Parametern ausgeführt.

Die gegebene Beschreibung ist rein schematisch, und der Verfahrensabschnitt kann in vielfältiger Art und Weise variiert werden. Der Begriff des Spritzgießens soll im vorliegenden Zusammenhang insbesondere die Verfahren des Formpressens (bei dem das Material in der Form statt im Extruder erweicht) und Spritzpressens ausdrücklich ein­ schließen.

Abwandlungen, die der Fachmann aufgrund der gegebenen Be­ schreibung leicht vornehmen kann, ergeben sich entspre­ chend den Besonderheiten dieser Verfahren sowie etwa bei Verwendung von Metall anstelle von Kunststoff als Git­ terwerkstoff. Für diese eignen sich - je nach Gitterwerk­ stoff - auch herkömmliche Kalt- oder Warmkammer-Druck­ gußverfahren. Der nachfolgende Schritt des Metallisierens kann für druckgegossene Metallgitter verzichtbar sein.

Fig. 5a zeigt eine Draufsicht und Fig. 5b eine Schnitt­ darstellung eines konkaven Beugungsgitters G1 mit einstüc­ kig angeformtem Befestigungs- und Justierfuß F1 zur Befe­ stigung und Justage auf einem Gehäuseabschnitt GEH1 eines Spektralfotometers vom Rowland-Typ.

Der eigentliche Gitterabschnitt G1 und der Fuß F1 stellen zwei Teile jeweils mit der Grundform eines flachen Qua­ ders dar, die in einem rechten Winkel zueinander angeord­ net sind. Der Fuß F1 weist zwei Langlöcher B11 und B12 auf, deren Längsrichtungen einen Winkel von 90° einschlie­ ßen und in die bei der Montage des Gerätes jeweils eine Befestigungsschraube S11 bzw. S12 eingreift. Durch die Langlöcher B11 und B12 wird ein begrenztes Verschieben und Drehen des Gitters G1 auf dem Gehäuseabschnitt bei der Montage und damit eine Positions- und Winkeljustage ermög­ licht. Dies ist durch Angabe einer (gestrichelt gezeichne­ ten) weiteren Gitterstellung in Fig. 5a verdeutlicht.

Fig. 6a und 6b zeigen in einer Vorderansicht und einer Schnittdarstellung längs der Linie A2-A2 der Vorderan­ sicht, wie ein unter Ausformung einer geeigneten Aufnahme (Kerbe) B2 gespritztes konkaves Kunststoff-Beugungsgitter G2 direkt (ohne Vorsehen einer Fassung) vermittels einer Kerbschraube S2 in korrekter Gitterausrichtung an einem Gehäuseabschnitt GEH2 des Fotometers fixiert wird. Der Eingriff der Kerbschraube S2 in die Kerbe B2 bewirkt ein­ erseits eine Zentrierung des Gitters und ermöglicht ande­ rerseits - wie Fig. 6b anhand einer gestrichelt gezeichne­ ten weiteren Gitterstellung verdeutlicht - die Einstellung von dessen Neigung bezüglich der Einfallsebene des Lichts.

Fig. 7a zeigt schematisch in einer perspektivischen Dar­ stellung eine Ausbildung eines konkaven Beugungsgitters G3 mit kastenartigem Rahmen mit einer Aufnahme B3 für die Welle eines Schrittmotors M3, auf den das Gitter im Foto­ meter aufgesetzt wird.

Fig. 7b zeigt eine zu Fig. 7a alternative Ausführung eines konkaven Beugungsgitters G4 mit einstückig angeformtem Fuß F4 (ähnlich der Gitter-Grundform von Fig. 5a), dessen an­ geformter Achsenabschnitt A4 in einer entsprechenden Aus­ nehmung eines das Gitter G4 tragenden Gehäuseabschnitts GEH4 aufgenommen ist. Der Fuß F4 hat in der Draufsicht ei­ ne aus einem Rechteck und einem Kreisabschnitt zusammenge­ setzte Gestalt, wobei der Kreisbogenabschnitt Z4 mit einer regelmäßigen Zahnung versehen ist, über die der Fuß F4 mit der als Spindeltrieb ausgebildeten Ausgangswelle R4 eines Schrittmotors M4 im Eingriff steht.

Bei den Spektralgeräten mit bewegtem Gitter ist neben dem geringen Montageaufwand insbesondere das geringe Ge­ wicht eines spritzgegossenen Kunststoffgitters mit ange­ formtem Kraftaufnahme- bzw. -übertragungsabschnitt von Vorteil, da es die bewegte Masse reduziert und damit ei­ nerseits den Einsatz von Motoren geringer Leistung ermög­ licht und andererseits zu einer schnellen Einstellung ei­ ner gewählten Position mit reduziertem Nachschwingen führt.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Viel­ mehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearte­ ten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (15)

1. Spektralgerät, insbesondere Spektralphotometer, mit einer Lichtquelle (L), einem Beugungsgitter (G) als licht­ zerlegendes Element, einem das vom Beugungsgitter (G) ge­ beugte Licht aufnehmenden Element (ASp), einer Einrichtung (FD) zur Messung der aufgenommenen Lichtmenge und Mitteln (M, R, Z, AB) zur Festlegung und zur Feststellung des Or­ tes, an dem ein vorbestimmter Abschnitt des Spektrums ab­ gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) als Spritz- oder Druck­ gußteil mit einem einstückig angeformten Element ausgebil­ det ist, welches einen Teil einer Halte- und/oder Justierungsvorrichtung (A, Z; F1; B2; B3; F4) bildet.

2. Spektralgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) aus Kunststoff besteht.

3. Spektralgerät nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) aus einem Epoxidharz besteht.

4. Spektralgerät nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; GI bis G4) aus einer Silikonmasse besteht.

5. Spektralgerät nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) aus einem Thermoplastwerkstoff besteht.

6. Spektralgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) einen Positivabdruck einer unter Anwendung eines fotochemischen Verfahrens herge­ stellten Negativform (1) aufweist.

7. Spektralgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G; G1 bis G4) einen Positivabdruck einer unter Anwendung ho­ lografischer Methoden hergestellten Negativform (1) auf­ weist.

8. Spektralgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beu­ gungsgitter (G; G1 bis G4) ein konkaves Beugungsgitter ist.

9. Spektralgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit­ tel zum Festlegen des Ortes eine Vorrichtung (M, R, Z) zum Drehen des Beugungsgitters (G) um einen vorgegebenen Winkelbetrag und einen feststehenden Austrittsspalt (ASp) aufweisen derart, daß der vorbestimmte Abschnitt des vom Beugungsgitter (G) erzeugten Spektrums durch eine defi­ nierte Drehung des Beugungsgitters (G) auf den Austritts­ spalt (ASp) abgebildet werden kann.

10. Spektralgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Drehen einen über ein Kraftübertragungselement (R) mit ei­ nem am Beugungsgitter (G; G1 bis G4) angeformten Ein­ griffsabschnitt (Z; B3, Z4) in Eingriff stehenden Schritt­ motor (M; M4) aufweist.

11. Spektralgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der angeformte Halte- oder Justierungsabschnitt (A, Z; F1; B2; B3; F4) eine Ausnehmung, insbesondere ein Langloch (B11, B12) oder eine Kerbe (B2), zum Eingriff einer Justier- und Befestigungsschraube (S11, S12; S2) aufweist.

12. Spektralgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Git­ teroberfläche (GO) verspiegelt ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Spektralgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (G) mit den Schritten:

• - Herstellen einer Negativ-Vorform (1′) des Beugungsgit­ ters (G) mit einer im wesentlichen glatten Oberfläche (1b),
• - Aufbringen einer lichtempfindlichen Schicht (3) auf die glatte Oberfläche (1b) der Negativ-Vorform,
• - Ausbilden eines Musters der Beugungsgitteroberfläche (GO) auf der glatten Oberfläche (1b) der Negativ-Vorform (1′) durch Belichten und Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht (3),
• - Ätzen der Oberfläche der Negativ-Vorform (1′) zur Bil­ dung einer Negativform (1) mit zur Oberflächenstruktur des herzustellenden Beugungsgitters (G) komplementärer Relief- Struktur,
• - Herstellen des Beugungsgitters (G) durch Druck- oder Spritzgießen des Beugungsgittermaterials (8′) in einem Werkzeug (6), in das die Negativform (1) eingesetzt ist und das Formabschnitte für Halte- und Justierungsabschnit­ te (A, Z) des Beugungsgitters (G) aufweist,

hergestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Schritt des Druck- oder Spritzgießens ein Schritt des Verspiegelns der Gitteroberfläche (GO), insbesondere durch Bedampfen mit einem Metall, nachgeordnet ist.