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Spektralapparat mit Spiegeloptik in Autokollimation Es sind Spiegelspektrometer
mit Autokollimation bekannt, bei welchen die zu zerlegende Strahlung durch den Objektivspalt
auf den Hohlspiegel fällt, der das Büschel in par.-allelein Strahlengang auf das
disperglerende Organ wirft. Von diesem wird es zerlegt und auf denselben Hohlspiegel
zurückgeworfen.. Der Hohlspiegel ist so gestellt, daß die eingestellte Wellenlänge
in der Nähe des Objektivspaltes dicht neben oder über ihm auf dem Okularspalt zur
Abbildung gebracht wird. Durch diese zu Prisma und Spiegel @einseitige Lagerung
des Spaltes wird jedoch die Abbildungsgüte des Apparates sehr herabgesetzt, denn
die Fehler (Astigmatismus und Koma), die durch den schiefen Büscheleinfall auf den
sphärischen Spiegel entstehen, verdoppeln sich, da die zerlegte Strahlung dann wieder
nach derselben Seite zurückläuft.
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Eine andere bekannte Spiegelspektrom-eterkonstruktion vermeidet diese
Fehler. Sie enthält zwei Hohlspiegel, die so gestellt sind, daß das vom Okularspalt
ausgehende Strahlenbüschel durch den einen Hohlspiegel auf das dispergierende Organ
geworfen wird und, von diesem in Autokollimation zurückgestrahlt, auf den zweiten
Hohlspiegel trifft, der das zerlegte Büschel dann am Okularspalt abbildet. Hierbei
liegen der Objektivspalt mit dem zugehörigen Hohlspiegel einerseits und der Okularspalt
mit dem zweiten Hohlspiegel andererseits auf verschiedenen Seiten der durch das
dispergierende Organ verlaufenden Mittelebene des Strahlenverlaufs einander
ge-
genüber. Bei dieser Anordnung tritt aber der Nachteil auf, daß zwei Spiegel
gebraucht und getrennt justiert werden müssen. Bei diesem Gerät ist die Aufgabe,
die zerlegte Strahlung nach der dem Ausgangsspalt entgegengesetzten Seite ohne Verzerrung
zu richten, auf die Weise gelöst, daß zwei Spiegel verwendet und so angeordnet werden,
daß die Strahlenbüschel in ihrem parallelen und konvergenten Abschnitt symmetrisch
auf beeiden Seiten der optischen Achse des ihm jeweils zugeordneten. Spiegels zu
liegen kommen und sich beim Auftreffen auf den Spiegel gleichmäßig zu beiden Seiten
seiner optischen Achse verteilen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch. die Erkenntnis zugrunde,
daß unter Verletzung der optischen Regel der gleichmäßigen Ausnutzung von Hohlspiegeln
auf beiden Seiten ihrer optischen Achse ohne Verringerung der Abbildungsgüte statt
der zwei verschiedenen Hohlspiegel ein einziger Hohlspiegel verwendet werden darf,
der mit seinen Hälften die beiden Hohlspiegelflächen bildet und von den beiden Strahlenbüscheln
je einseitig außerhalb seiner optischen Achse getroffen wird. Es werden dadurch
die großen Bildfehler, die durch das einseitige, schräge Auftreffen der Strahlen
auf der einen Seite des Spiegels außerhalb seiner optischen Achse entstehen, dadurch
kompensiert, daß auf der anderen Seite des Spiegels dieselben Fehler auftreten,
jedoch im entgegengesetzten Sinn,.. Die Erfindung besteht darin, daß an#ein,-m
Spektralapparat
mit Spiegeloptik, bei dem Okularspalt und Objektivspalt sowie die beiden die zugehörigen
Strahlenbüschel zurückwerfenden Hohlspiegeloberflächen annähernd symmetrisch zueiner
durch das dispergierende Organ verlaufenden Mittelebene liegen, tii) einziger Hohlspiegel,
dessen optische Achs@z in der Mittelebene liegt, mit seinen beiden Hälften die beiden
Hohlspiegelflächen bildet und von den beiden Strahlenbüscheln je einseitig außerhalb
seiner optischen Achse getroffen wird.
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Im Figurenbeispiel t ist die Art der Kompensation schematisch dargestellt.
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r ist der Eintrittsspalt, 2 hin sphärischer Spiegel größerer Breite,
3 die optische Achse dieses Spiegels, die mit der Symmetrieebene des Strahlenverlaufs
zusammenfällt; q. ein rückwärts verspiegeltes, auf einem Drehtisch 5 schwenkbares
Halbprisma (man kann entsprechend auch 6o°-Prismen, Youngprismen, Gitter usw. verwenden),
6 der Austrittsspalt. Eintrittsspalt und Austrittsspalt liegen links und rechts
vom Prisma. Der Abstand zwischen den Spalten und dem Spiegel und die Prismenlage
sind so gewählt, daß ein. vom Eintrittsspalt her die rechte Spiegelhälfte treffendes
monochromatisches Strahlenbüschel als paralleles Strahlenbündel schräg von rechts
in das Prisma eintritt, darauf nach Reflexion an der Prismenrückseite als Parallelbündel
nach links schräg gegen die linke Spiegelhälfte weiterläuft und dann im Austrittsspalt
6 vereinigt wird. Bei Spiegelbestrahlung mit weißem Licht kann man in an sich bekannter
Weise durch entsprechende Prismendrehung die einzelnen Spektralbeneiche am Austrittsspalt
zur Abbildung bringen.
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Wie ,aus der Fig., r ersichtlich ist, trifft der Seitenstrahl? am
Hohlspiegel 2 bei der ersten Reflexion in geringerer Neigung auf als bei der zweiten
Reflexion am Hohlspiegel, der Seitenstrahl 8 dagegen zuerst in stärkerer Neigung,
dann in geringerer. Die Gesamtlicht-Wege zwischen Spalten und Spiegel werden dadurch
für die verschieden gerichteten Büschelstrahlen weitgehend gleich.
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Für die neue Anordnung nach Fig. r hat dies zur Folge, daß bei der
neuen erfindungsgemäßen Strahlenführung, die zeichnerisch und rechnerisch leicht
bestätigt werden kann, die beim :ersten Spiegeleinfall infolge der Einseitigkeit
außerhalb der optischen Achse auftretenden groben Bildfehler sich bei der zweiten
Spiegelung weitgehend kompensieren rund selbst für größere öffhungsverhältnisse
eine gute spektrale Strahlenvereinigung am Ort des Austrittsspaltes erfolgt. Restliche
kleine Abweichungen können ferner erfindungsgemäß dadurch beseitigt werden, daß
der spiegelnden Prismenrücks,eite durch D urchbiegung nach der brechenden Kante
oder Basis zu eine einseitig zunehmende sphärische, zylindrische oder asphärische
Krümmung erteilt wird oder daß statt der direkten Prismenverspiegelung in an sich
bekannter Weise hinter einem durchsichtigen Prisma gemäß Fig. 2 ein gesonderter
Spiegel z z von passend verlaufender Dicke angeordnet wird, der schwach zum gewünschten
Krümmungsverlauf durchgebogen wird. Die dispe.rgierenden Teile (Prisma, Reflexionsspiegel,
Gitter) können aber auch in stärkeren Krümmungsformen, z. B. in Gestalt eines Feryprismas
oder Konkavgitters, wesentlicher mit zur Abbildung herangezogen werden.
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Die gewünschte einseitige Hohlspiegelbeleuchtung kann durch Blendeng,
durch Begrenzung des Kondensorspiegels io oder aber durch die Form und Stellung
des Prismas selbst (s. Fig. i) bewirkt werden.
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Bei der Anordnung nach Fig. i erfolgt der Strahlenverlauf bei der
doppelten Spiegelung quer zur brechenden Prismenkante. Man kann statt dessen die
Spalte gegebenenfalls auch über und unter dem Prisma anordnen und den Büschelverlauf
sinngemäß in Richtung der brechenden Kante vor sich gehen lassen.
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Von besonderem Wert sind die Möglichkeiten, die sich aus der verkürzten
Baulänge und der Materialersparnis der neuen Strahlenführung für den Aufbau von
Spektralapparaten mit doppelter Zerlegung (Doppelmonochromatoren) ergeben.
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In Fig.3 ist angedeutet, wie aus zwei derartigen erfindungsgemäßen
Spiegelmonochromatoren durch Hintereinanderstellung ein sehr einfach zu betätigender
Spiegeldoppelmoriochromator gebildet wird. Der Austrittsspalt 12 des ersten Monochromators
dient hier als lflittelspalt bzw. als Eingangsspalt des zweiten Monochromators.
Das Prisma des zweiten Monochromators sitzt mit dem Prisma des ersten Monochr:omators
auf einem gemeinsamen Drehtisch 13, der mit Tangentenschraube und Teilkreis versehen
ist. Durch Drehen des Tisches erfahren beide Prismen für die Wellenlängeneinstellung
stets die gleiche Schwenkung. Verschiedenheiten in der Wellenlängeneinstellung,
wie sie bei Kupplung getrennter Drehtische durch verschiedenartigen toten. Gang
leicht auftreten können, sind hierbei völlig ausgeschaltet.
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In sinngemäßer Weise kann man auch zwei Monochromatoren hintereinanderstellen,
bei denen die Spalte statt seitlich oberhalb und unterhalb des Prismas oder rechts
oben bzw. links unten liegen.
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Man kann ferner mit zwei erfindungsgemäßen Monochromatoren durch Umstellung
des einen Prismas (brechende Kante nach der Basis des .anderen Prismas gerichtet)
oder
durch Einschaltung eines seitenvertauschenden Umlenkspiegels (z. B. Dachkantprismas)
am Mittelspalt auch Apparate bauen, die statt verdoppelter Dksp,ersion lediglich
doppelte spektrale Reinigung unter Wiederzusammenziehung der am Mittelspalt aus
t' Spektralteile ergeben oder die sich je nach Bedarf auf beide Wirkungs-,veisen
umschalten lassen. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Monochromatoren unter
Anwendung von Umlenkspiegeln am Mittelspalt anstatt hintereinander auch neben- oder
übereinander zu einem Doppelmonochromator angeordnet werden, wodurch sich weitere
Raumersparnis erzielen läßt.
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Eine besonders vorteilhafte doppelte Anwendung des Erfindungsprinzips
zeigt schließlich Fig. ¢. Hier sind die beiden Spiegel des Doppelmonochromators
der Fig.3 durch einen Hohlspiegel 14 ersetzt. Es ist hier ein Dopp.elmonochromator
dargestellt, der statt, wie bisher üblich, .mit vier Hohlspiegeln mit einem einzigen
arbeitet. Die beiden Teile des Doppelmonochromators liegen hier übereinander. Durch
den rechts unten befindlichen Eintrittsspalt 15 wird die Strahlung auf den rechten
unteren Teil des Hohlspiegels geworfen, gelangt von da in parallelem Strahlengang
in das untere Prisma 16, wird zerlegt auf die linke untere Seite des Hohlspiegels
geworfen und gelangt, von einem ' Umlenkspiegel 17 nach oben gelenkt, in den Mittelspalt
18. Von da geht die ausgesonderte Strahlung durch den zweiten Umlenkspiegel i 9
auf die linke obere Seite desselben Hohlspiegels, weiter in das obere Prisma 2o
und wird von der rechten oberen Seite des Hohlspiegels am Austrittsspalt 21 abgebildet.
Statt der eben als Beispiel angegebenen Reihenfolge der Ausnutzung der vier Quadranten
des einen Hohlspiegels kann durch geeignete Anordnung der Spalte oder der Umlenkspiegel
auch andersartige Strahlenführung, z. B. eine kreuzweise, die zweimal durch ein
in der Mitte liegendes Prisma geht, gewählt werden.