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Universal-Spiegelspektrometer Zusatz zum Patent 657 264 Gegenstand
des Patents 657 264 ist ein Spektralapparat mit Spiegeloptik in Autokollimation,
bei dem Okularspalt und Objektivspalt sowie die beiden die zugehörigen Strahlenbüschel
zurückwerfendenHohlspiegelflächen annähernd symmetrisch zu einer-durch das dispergierende
Organ (Prisma, Gitter usw.) verlaufenden Mittelebene liegen und ein einziger Hohlspiegel,
dessen optische Achse 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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Diese Anordnung gibt für die Ausgrenzung eines bestimmten monochromatischen
Strahlenbüschels vorzügliche Abbildung, eignet sich jedoch wie alle mit Hohlspiegeln
arbeitenden Spektralapparate schlecht zur gleichmäßig scharfen, gleichzeitigen Abbildung
eines größeren Spektralbereichs, kann also nur als Monochromator, nicht aber als
Spektrograph benutzt werden. Der Grund dafür liegt darin, daß einerseits normalerweise
der abbildende Hohlspiegel nicht groß genug ist, um mit seiner. Fläche einen genügend
großen Spektralbereich auf einmal zu erfassen, andererseits aber bei genügend großem
Hohlspiegel und größerem tiffnungsverhältnis die verschiedenen Spiegelteile nicht
mehr gleich präzise Abbildung liefern.
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Nun ist es aber für die verschiedensten Zwecke der Wissenschaft und.
Technik erwünscht, ein Instrument zu besitzen, mit dem man sowohl spektrographisch
das spektrale Gesamtbild als auch monochromatisch die einzelnen Spektrallinien auswerten
kann.
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Solche als Spektrograph und als Monochromator verwendbare Spektralapparate
sind bekannt. Auch ist bekannt, in diesem Fall die Spiegeloptik durch eine Linsenoptik
zu ersetzen. Der vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, den
Spektralapparat nach Patent 657 264 als Universalgerät auszubilden, um ihn sowohl
als Spel<trograph als auch als Monochromator verwenden zu können.
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Es wird ebenfalls dabei die für den Bau von Spektralapparaten bekannte
Regel benutzt, daß sich zur Abbildung eines größeren Spektralbereichs Linsen besser
eignen als Spiegel. Soll nun aber diesem allgemeinen Prinzip gemäß die das zerlegte
Büschel abbildende Hohlspiegelfläche durch eine I, Linse ersetzt werden, so erfordert
das, wie leicht ersichtlich, bei dem Apparat nach Patent
657 264
eine völlige Änderung des Strahlenganges.
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Die Erfindung-besteht nun darin, daß bei dem Spektralapparat gemäß
Patent 657 264 die die Autokollimation bewirkende Spiegelfläche und eine Linse der
Linsenkombination derart mit- oder gegeneinander bewegbar oder schwenkbar angeordnet
sind, daß zur Benutzung als Spektrograph die Linse oder Linsenkombination hinter
das dispergierende Organ (Prisma, Gitter usw.) geschaltet und die Autokollimation
dabei ausgeschaltet wird.
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Diese Erfindung wird dadurch weiter ausgestaltet, daß zur Umschaltung
allein die die Autokollimation bewirkende ' Spiegelfläche drehbar oder schwenkbar
angeordnet ist.
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Werden Youngsche Halbprismen als zerlegende und reflektierende Organe
verwendet, so ist gemäß einer weiteren Verbesserung der vorliegenden Erfindung das
reflektierende zweite Halbprisma derart mit einem entsprechenden unverspiegelten
dritten Prisma bewegbar oder schwenkbar angeordnet, daß es bei Umschaltung durch
das unverspiegelte Prisma ersetzt wird. Um einen Spektrographen mit doppelter Zerlegung
zu erhalten, kann die Umschaltung auch bei einem aus zwei Spektralapparaten gemäß
Patent 657 264 bestehenden Doppelmonochromator vorgenommen werden. Zu diesem Zweck
ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die erste, die
Autokollimation bewirkende Spiegelfläche, gegebenenfalls zusammen mit dem zweiten
dispergierenden Organ und der Linse oder Linsenkombination, hinter dem ersten dispergierenden
Organ derart bewegbar oder schwenkbar angeordnet, daß zur Umschaltung die Linse
oder Linsenkombination hinter das zweite dispergierende Organ geschaltet und die
Autokollimation dabei ausgeschaltet wird.
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Bei allen diesen Anordnungen zur universellen Anwendung des Apparates
nach Patent 657 264 sowohl als Monochromator als auch als Spektrograph wird bei
der Anwendung als Spektrograph, d. h. bei Ausschaltung der Autokollimation und Einschaltung
der Linse, die zweite Hohlspiegelhälfte unbenutzt gelassen. Es ergibt sich daraus,
daß die dem Patent 657264 zugrunde liegende Aufhebung der durch die einseitige Beaufschlagung
des Hohlspiegels auf seiner einen Seite entstehenden Bildfehler durch das entsprechend
ebenso einseitige oder entgegengesetzt wirkende Beaufschlagen seiner anderen Hälfte
dann nicht mehr eintritt. Um also die spektrographische Verwendung gemäß vorliegender
Erfindung ebenso präzise zu gestalten, muß nun diese Abbildungskorrektion durch
eine ähnliche ersetzt werden. Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Linse
oder Linsenkombination so einseitig exzentrisch im Strahlengang angeordnet wird,
daß die durch das einseitige Auffallen der Strahlung auf den Hohlspiegel entstehenden
Bildfehler jetzt durch den exzentrischen Durchgang durch die Linse kompensiert werden,
ähnlich wie sonst durch das nochmalige einseitige Auftreffen auf die anandere Hohlspiegelhälfte.
Anstatt die Linse oder Linsenkombination als ganze exzentrisch in den Strahlengang
anzuordnen, kann auch die Linse oder Linsenkombination selbst exzentrisch geschliffen
sein.
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Im folgenden seien solche Anordnungen zur Umschaltung des Strahlengangs
(Einschaltung der Linse - Ausschaltung der Autokollimation) an Hand der Zeichnungen
kurz beschrieben.
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Fig. 1 zeigt-einen solchen Spektralapparat mit Spiegeloptik in Autokollimation
mit angesetztem, einschaltbarem Kamerateil zu -spektralen Gesamtaufnahmen oder Beobachtungen.
I ist der Eintrittsspalt, 2 der Hohlspiegel, dessen eine Hälfte das vom Spalt kommende
Strahlenbüschel in parallelem Strahlengang durch das dispergierende Organ (Prisma)
3 auf die die Autokollimation bewirkende Spiegelfläche4 wirft. Von da aus wird das
Büschel nach nochmaligem Durchgang durch das Prisma 3 auf die andere Hälfte des
Hohlspiegels 2 gelenkt und von ihr am Ort des Okularspalts 5 abgebildet.
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Die Linse oder Linsenkombination 6 ist hier neben dem Autokollimationsspiegel
4 angeordnet. Beide sind fest miteinander verbunden und um einen Drehpunkt 7 gegenüber
dem dispergierenden Organ schwenkbar. So liegt einmal der Autokollimationsspiegel
unmittelbar hinter dem dispergierenden Organ, dann wird das Büschel in Autokollimation
auf den Hohlspiegel zurückgeworfen und monochromatisch ausgewertet. Das andere Mal
(gestrichelte Stellung) wird durch einfache Schwenkung um Punkt 7 der Autokollimationsspiegel
zur Seite bewegt und die Linse unmittelbar hinter das dispergierende Organ gebracht,
dann fällt das zerlegte Büschel statt auf den Hohlspiegel nach einmaligem Durchgang
durch das dispergierende Organ auf die Linse und wird von dieser als spektrographisches
Gesamtbild in der Ebene 8 entworfen. Auf der Zeichnung ist die Linse rechts vom
Spiegel angebracht, sie kann aber ebenso gut auch auf seiner anderen Seite gelegen
sein. Ebenso könnte auch die Linse hinter dem dispergierenden Organ fest angeordnet
sein und die Umschaltung dadurch bewirkt werden, daß allein der Autokollimationsspiegel
zwischen Prisma und Linse herein- und herausgeschwenkt wird.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Umschaltanordnung gezeigt.
Hier ist die
Linse 9. hinter dem dispergierenden Organ 3 fest montiert,
und zwar so, daß ihre optische Achse etwa senkrecht zur optischen Achse der Gesamtapparatur
verläuft. Schwenkbar ist hier allein der Autokollimationsspiegel 4, und zwar zweckmäßigerweise
um denselben Punkt I0, um den er zwecks Einstellung der Wellenlänge geschwenkt wird.
Das hat den Vorteil, daß man zur Umschaltung des Strahlenganges den Planspiegel
lediglich über die Wellenlängenskala nur so weit weiterzudre hen braucht, bis er
das zerlegte Büschel nicht mehr durch das Prisma zum Hohlspiegel zurück, sondern
unter einem Winkel von go° durch die Linse g wirft, welche es in der Ebene II zur
Abbildung bringt. Auch hier kann wiederum als dispergierendes Organ, das hier der
Einfachheit halber als Prisma gezeichnet ist, jede andere Art der Dispersion (z.
B. Gitter) benutzt werden. Eine Erläuterung sei lediglich für eine Apparatur mit
Youngschen Halbprismen in Fig. 3 gegeben: I2 und I3 sind hier die beiden Youngschen
Halbprismen, die die Dispersion bewirken.
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Das hintere (I3) ist auf seiner Rückseite verspiegelt und bewirkt
zugleich die Autokollimation. Neben demselben liegt, fest mit ihm verbunden und
um einen Drehpunkt 16 schwenkbar, ein gleiches unverspiegeltes Halbprisma 14 mit
der dahinter befindlichen Linse 15. Zur Umschaltung wird durch ein und dieselbe
Drehbewegung das Halbprisma I3 weggeschwenkt und damit Prisma 14 und Linse 15 eingeschaltet.
Wird die Autokollimation durch einen besonderen Planspiegel bewirkt, so ist selbstverständlich
ein Austausch der Prismen überflüssig. Es ist dann dieselbe Anordnung wie in Fig.
1 oder 2 am Platze.
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Werden die beschriebenen Umschaltanordnungen auch auf Doppelmonochromatoren.
bestehend aus zwei Apparaten nach Patent 657 264, angewandt, so ergeben sich dann
aus Doppelmonochromatoren Spektrographen mit doppelter Dispersion. Gemäß Patent
657 264 stellt sich der Aufbau der Doppelmonochromatoren folgendermaßen dar (Fig.
4 und 5).
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Das durch den Eintrittsspalt I7 kommende Lichtbüschel wird durch die
rechte Hälfte des Hohlspiegels I8 auf das erste Prisma 19 und den Planspiegel 20
geworfen und nach nochmaligem Durchgang durch das Prisma 19 von der linken Hälfte
des Spiegels I8 in der Ebene des Mittelspaltes 21 zerlegt abgebildet. Das durch
diesen Spalt 21 fallende monochromatische Lichtbüschel wird dann durch den symmetrisch
gegenüber Spiegel 18 angeordneten Hohlspiegel 22 in ein zweites Prisma 23 in parallelem
Strahlengang gelenkt und durch den Wellenlängenspiegel 24 wiederum reflektiert.
Der Hohlspiegel 22 bildet dann das aus dem Prisma 23 kommende Lichtbüschel zum zweitenmal
gereinigt in der Ebene des Austrittsspaltes 25 ab. Zur Umschaltung ist hierbei folgende
Anordnung getroffen. Fig. 4: Der die Autokollimation bewirkende erste Planspiegel
20 ist zusammen mit der neben ihm befindlichen Linse oder Linsenkombination 26 um
einen Punkt 27 schwenkbar.
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Gleichzeitig wird das zweite Prisma 23 um einen Punkt 28 um etwa 1800
geschwenkt.
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So wird zur Umschaltung der Planspiegel 20 hinter dem ersten Prisma
19 entfernt, das zweite Prisma hinter 19 eingeschaltet und hinter diesem die Linse
26 eingeschwenkt, die das doppelt zerlegte Strahlenbüschel in der Ebene 29 abbildet.
Eine andere noch günstigere Anordnung zur Umschaltung von Doppelmonochromatoren
zeigt Fig. 5: Hier ist das zweite Prisma 23 an allen drei Flächen 30, 3I, 32 poliert
und fest montiert.
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Ebenso fest montiert ist die Kameralinse 26 und schneidet mit ihrer
optischen Achse den sonstigen Strahlenverlauf. Zur Umschaltung ist lediglich der
erste Planspiegel 20 so beweglich angeordnet, daß er zur Benutzung des Apparates
als Spektrograph hinter dem ersten Prisma 19 herausgeschwenkt werden kann.
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Dann fällt das zerlegte Büschel aus dem ersten Prisma 19 sogleich
auf- das zweite Prisma 23 und durch dieses in die Linse 26, die es in der Bildebene
29 abbildet.
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PATNTANSRÜC: I. Spektralapparat mit Spiegeloptik nach Patent 657
264, dadurch gekennzeichnet, daß die die Autokollimation bewirkende Spiegelfläche
und eine Linse oder Linsenkombination derart mit- oder gegeneinander bewegbar oder
schwenkbar angeordnet sind, daß zur Benutzung als Spektrograph die Linse oder Linsenkombination
hinter das dispergierende Organ (Prisma, Gitter usw.) geschaltet und die Autokollimation
dabei ausgeschaltet wird.