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Prisma mit mehreren gekrümmten, insgesamt dreimal optisch wirksamen
Flächen für Spektralapparate u. dgl. Bei photometrischen und insbesondere bei spektrometrischen
Arbeiten gehört es zu den grundsätzlichen Anforderungen, daß die Lichterscheinungen
in den benutzten Apparaten nicht in irgendeiner Weise verfälscht werden können.
Solche Fälschungen treten iedoch, abgesehen von anderen Ursachen, insbesondere wegen
der partiellen Reflexion an den brechenden Flächen der optischen Ausrüstung auf.
Beispielsweise wird dem spektral gereinigten Licht bestimmter Wellenlänge bei einem
Spektrographen oder einem Monochromator für Licht von beliebig einstellbarer Wellenlänge
durch die an den brechenden Flächen entstehenden Spiegelbilder Licht anderer Wellenlängen
zugemischt, so daß die Reinheit der Spektralfarben verlorengeht. Es sind deshalb
bereits Vorschläge zur Unschädlich;machung dieser unerwünschten Spiegelbilder gemacht
worden.
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Einer dieser Vorschläge besteht darin, eine die gespiegelten Strahlen
auffangende Blende im Strahlengange des Spektralapparates anzubringen. Diese Lösung
ist möglich, da die von den allein in Betracht kommenden Linsenflächen hervorgebrachten
Spiegelbilder verhältnismäßig klein sind, während die an den Prismenflächen entstehenden
Spiegelbilder in der Regel außerhalb des spektralen Strahlenquerschnitts liegen-
und deshalb unschädlich sind. Immerhin bedeutet eine solche Blende im Strahlengange
einen Lichtverlust, der nicht gern in Kauf genommen wird.
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F e r y schlug deshalb vor, die Wirkung der Spiegelbilder durch Verringerung
der brechenden Flächen abzuschwächen, und zwar beispielsweise bei einem Spektralapparat
durch Benutzung eines einzigen optischen Gliedes mit entsprechenden Eigenschaften
an Stelle der drei optischen Teile Kollimatorlinse, Prisma und Objektiv. Er ging
dabei vom Aufbau des Autokollimationsspektrographen aus, bei dem ein Prisma mit
einem brechenden Winkel von 30° zweimal von den Lichtstrahlen durchsetzt wird und
wobei die eine Prismenfläche zugleich Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche ist,
während die andere, mit einem spiegelnden Belage versehene Fläche die Umkehrung
der Lichtstrahlenrichtung bewirkt. Diese insgesamt dreimal optisch wirksamen Flächen
bildete er als sphärisch oder zylindrisch gekrümmte Flächen aus mit dem Erfolge,
daß bei geeigneter Wahl der Krümmungen das Prisma zugleich die Funktion der Kollimatorlinse
und des Objektivs übernahm, diese beiden optischen Teile also entbehrlich wurden.
Eine Angabe eines entsprechenden Prismas mit etwa rechtes inkliger Strahlenablenkung
für Spektralapparate, bei denen die Autokollimation nicht zur Anwendung kommt, stammt
von C a 1 1 i e r.
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Die genannten Prismen haben den \;achteil, daß die Abbildung des Spektrums
astigmatisch ist, was besonders bei der Benutzung zu Monochromatoren zu unbrauchbaren
Ergebnissen führt. Mit zylindrischen Flächen kann dieser Astigmatismus geringer
gehalten werden als mit sphärischen Flächen.
Seine vollständige
Beseitigung gelingt jedoch erst bei Anwendung des Gegenstandes der Erfindung. Dieser
besteht darin, daß rnan den von den Lichtstrahlen durchsetzten Flächen die Form
von Zylinderflächen und der reflektierenden Fläche eine Form gibt, bei der die Krümmungsradien
in den beiden Hauptschnitten endliche, voneinander verschiedene Werte haben. Beispielsweise
ergibt eine reflektierende Fläche, die einen Teil eines Rotationsellipsoides bildet,
dessen Äquator in einer der Hauptschnittebenen liegt, eine brauchbare Lösung der
Aufgabe.
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Wegen der Schwierigkeiten, die die Erzeugung allgemeiner asphärischer
Flächen in der Regel bietet, ist es zweckmäßig, die reflektierende Fläche durch
eine leichter herstellbare Fläche annäherungsweise zu ersetzen. Als solche kommt
die torische Fläche in Betracht, und für ein Prisma, dessen Lichtdurchtrittsflächen
Zylinderflächen sind, läßt sich jeweils eine torische Fläche als reflektierende
Fläche finden, die für eine Wellenlänge des Spektrums vollkommene Freiheit von Astigmatismus
sowie .eine gute Hebung der sphärischen und der Komabildfehler ergibt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung verkleinert
dargestellt. Das erste Beispiel zeigt ein Prisma fürAutokollimationsspektralapparate
inAbb. i im Aufriß und in Abb. a im Grundriß. Das als zweites Beispiel gewählte
Prisma ist zur Benutzung in Spektralapparaten ohne Autokollimation bestimmt und
ist in Abb.3 im Aufriß und in Abb.4 im Grundriß wiedergegeben. Der Verlauf für die
Lichtstrahlen für die e-Linie des Spektrums mit der Wellenlänge J - 546, 1 mA, ist
in den Abb. 2 und 4 gestrichelt eingetragen. Die Prismen sind aus dem im Handel
unter der Bezeichnung F2 käuflichen Flintglase hergestellt, welches durch seine
mittlere Brechung - i.6aoo und durch die Abbesche Zahl v - 36,3 bestimmt ist.
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Das erste Beispiel (Abb. i und z) ist aus einem Prisma mit einem brechenden
Winkel a=30° und einer verspiegelten Fläche hergeleitet. Seine Lichteintrittsfläche
a, die zugleich die Lichtaustrittsfläche ist, ist zylindrisch, seine verspiegelte
Fläche b ist torisch gekrümmt. Die tangentialen, mit dem Kennzeichen t versehenen,
und die sagittalen, mit dem Kennzeichens versehenen Krümmungsradien dieser Flächen
sind: at:: --514mm, bt=-47omm as = 0o, b, = - 5=2mm. Der einfache Glasweg für den
gezeichneten Lichtstrahl beträgt c = 25 mm, die Breite des Prismas
d = So mm. Mit f ist der eintretende, mit dem austretenden zusammenfallende
Lichtstrahl bezeichnet.
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Das Prisma des zweiten Beispiels (Abb. 3 und 4) ist aus drei Teilen
g, la, i zusammengesetzt; es stellt eine Abwandlung eines rechtwinkligen
Prismas mit spiegelnder Hypotenusenfläche und unter einem Winkel ß, - 45 ° dazu
geneigten Kathetenflächen nebst zwei gleichen, auf diese Kathetenflächen aufgekitteten
Prismen mit einem brechenden Winkel y=3o° dar, welche einen in Richtung des gezeichneten
Lichtstrahles k einfallenden Lichtstrahl um einen Winkel ö = go° in die Richtung
des gezeichneten austretenden Lichtstrahles Z ablenken. Die Lichteintrittsfläche
des Prismas g und die Lichtaustrittsfläche des Prismas i sind zylindrisch, die spiegelnde
Fläche des Prismas ist torisch gekrümmt. Die tangentialen und die sagittalen Krümmungsradien
dieser drei optisch wirksamen Flächen, die wie im ersten Beispiele durch die Kennzeichen
t und s unterschieden sind, haben folgende Größen: gt=-514mm, kt=-7oomm, it=+514mm
gs = ^=, las = - 35o mm, zs = a''. Für den gezeichneten einfallenden bzw.
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gespiegelten Lichtstrahl sind die Glaswege m. und m sowie die Breite
o der Prismen, die jeweils mit den entsprechenden Kennzeichen g, h und i versehen
sind, wie folgt gewählt mg ^ 15 mm, mit -3o mm, nh - 30 mm,
n` - 15 mm, og - 70 mm, oh = So mm, oi - 70 mm.