Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Mikroskop-Spektrometer wie im
Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben.
Beschreibung des Standes der Technik
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Im allgeineinen wird ein Linsensystem unter Verwendung eines
Brechungsvorgangs in der Optik eines
Mikroskop-Spektrometers verwendet. Jedoch muß in einem Wellenlängenbereich
(z.B. einem Bereich von weicher Röntgenstrahlung bis zu
Ultraviolettstrahlung oder Infrarotstrahlung), in dem ein
solches Linsensystem nicht verwendet werden kann, ein
Cassegrain-Objektiv vom Schwarzschild-Typ (nachfolgend als
Cassegrain-Objektiv bezeichnet), das zwei zusammengesetzte Teile
von Kugelspiegeln aufweist, als Objektiv verwendet werden.
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Andererseits wird dann, wenn eine elektromagnetische Welle
innerhalb dieses Wellenlängenbereichs gemessen wird,
insbesondere bei einer Messung des Spektrums, eine Abblendmaske
in der Bildebene eines Objektivs angeordnet, um den zu
messenden Gengenstand abhängig von den Umständen zu begrenzen,
um ein Vermischen mit optischer Information um den zu
messenden Gegenstand herum zu vermeiden. Jedoch kann in einem
solchen Fall kein Meßelement in der Bildebene angeordnet
werden. Daher ist es erforderlich, das Meßelement von der
Bildebene beabstandet anzuordnen und Information betreffend
die Bildebene über eine Weiterleitungsoptik an das
Meßelement zu übertragen.
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Jedoch wird ein Cassegrain-Spiegelsystem vom Schwarzschild-
Typ unter Verwendung von Reflektionsspiegeln auch in dieser
Weiterleitungsoptik verwendet. Darüber hinaus kann z.B. bei
einem Mikroskop-Infrarotspektrometer ein Hg-Cd-Te-Kristall
als Meßelement verwendet werden. Jedoch steigt die
Empfindlichkeit des Meßelements dieses Typs umgekehrt proportional
zu seinem Volumen an, so daß es so weit wie möglich
miniaturisiert wird. Demgemäß ist die Weiterleitungsoptik in Form
einer Optik ausgebildet, die ein verkleinertes Bild auf das
Meßelement projiziert.
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Wie es unter Bezugnahme auf Fig. 6 erkennbar ist, die ein
Beispiel für ein herkömmliches Mikroskop-Spektrometer
zeigt, bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Cassegrain-Objektiv,
das aus einem Hauptspiegel 4 mit einer Öffnung 2 in seinem
mittleren Bereich und mit einer konkaven Fläche, die einem
Objekt 3 zugewandt ist, und aus einem Sekundärspiegel 5 mit
einer konvexen Spiegelfläche besteht. Der Sekundärspiegel 5
ist zwischen dem Hauptspiegel 4 und dem Objekt 3 so
angeordnet, daß die konvexe Spiegelfläche der konkaven
Spiegelfläche des Hauptspiegels 4 zugewandt ist. Die Bezugszahl 6
bezeichnet eine Weiterleitungsoptik mit einem Cassegrain-
Objektiv-System (nachfolgend als Weiterleitungsoptik mit
Cassegrain-Objektiv bezeichnet) mit einem
Cassegrain-Spiegel, der hinter dem Cassegrain-Objektiv 1 angeordnet ist.
Die Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6 besteht aus einem
Hauptspiegel 9 mit einer konkaven Spiegelfläche und einer
Öffnung 7 in deren mittlerem Bereich. Der Hauptspiegel 9 ist
auf der dichter am Hauptspiegel 4 liegenden Seite des
Cassegrain-Objektivs 1 so angeordnet, daß seine konkave
Spiegelfläche einem Meßelement 8 zugewandt ist. Ferner weist ein
Sekundärspiegel 10 der Optik 6 eine konvexe Spiegelfläche
auf, und er ist zwischen dem Hauptspiegel 9 und dem
Meßelement 8 so angeordnet, daß seine konvexe Spiegelfläche dem
Hauptspiegel 9 und dem Sekundärspiegel 5 des Cassegrain-
Objektivs 1 zugewandt ist. Darüber hinaus bezeichnet, wie es
unter Bezugnahme auf Fig. 6 erkennbar ist, die Bezugszahl 11
eine optische Achse, und die Bezugszahl 12 bezeichnet die
Bildebene des Cassegrain-Objektivs 1.
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Jedoch dient beim vorstehend beschriebenen
Cassegrain-Objektiv 1 der Sekundärspiegel 5 im allgemeinen als
Pupillenfläche, und Licht, das vom Objekt 3 zum Hauptspiegel 4 läuft,
wird durch den Sekundärspiegel 5 ausgeblendet, so daß ein
Strahl auf der Pupillenfläche Hohlform mit keinem
Strahlabschnitt in seinem mittleren Bereich aufweist, wie in Fig.
7(a) dargestellt. Gemäß Fig. 7(a) bezeichnet A den
Durchmesser der Pupille des Cassegrain-Objektivs 1, und B bezeichnet
den Durchmesser eines Strahls, der durch den Sekundärspiegel
5 ausgeblendet wird. Dieselbe Situation tritt auch in der
Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6 auf (siehe Fig. 7(b)).
D.h., daß gemäß Fig. 7(b) C den Durchmesser der Pupille der
Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6 bezeichnet und D den
Durchmesser eines Strahls bezeichnet, der vom Sekundärspiegel 10
ausgeblendet wird.
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Demgemäß ist es erforderlich, um einen vom Objekt 3 auf das
Meßelement 8 abgestrahlten Strahl durch Verbinden des
Cassegrain-Objektivs 1 mit der Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6
wirkungsvoll zu übertragen, daß die Pupillen A, C in diesen
zwei Optiken 1, 6 miteinander nach Größe und
Ausblendungskoeffizient übereinstimmen. Demgemäß muß beim herkömmlichen
Nikroskop-Spektrometer dieses Typs ein Cassegrain-Spiegel
mit einer Form, die mit derjenigen des Objektivs
übereinstimmt (so eingestellt, daß A = C und B = D beim vorstehend
beschriebenen Beispiel gelten), oder ähnlich zu der des
Objektivs in der Weiterleitungsoptik, verwendet werden, um
eine gute Pupillenanpassung zu erzielen.
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Jedoch kann der Pupille durch eine solche Maßnahme in der
Optik nur dann Anpassung verliehen werden, wenn das Objekt 3
auf der optischen Achse 11 liegt. Wie es durch die
Bezugszahl 3' in Fig. 6 dargestellt ist, kann dann, wenn ein
Objekt 3' nicht in der optischen Achse 11 liegt, ein von
diesem Objekt 3' abgestrahlter Strahl nicht wirkungsvoll zu
einem Bild auf dem Meßelement 8 fokussiert werden. Darüber
hinaus wird auch, wenn ein Objektiv mit anderer Vergrößerung
und numerischer Apertur verwendet wird, dann, wenn sich die
Pupille nach Größe und Ausblendkoeffizient unterscheidet,
ein vom in der optischen Achse 11 liegenden Objekt 3
abgestrahlter Strahl wegen einer Differenz in der
Weiterleitungsoptik hinsichtlich des Ausblendkoeffizienten
abgeschattet, oder es läuft z.B. ein Teil des Strahls aus dem
Sekundärspiegel heraus und demgemäß kann der Strahl nicht
wirkungsvoll übertragen werden. Dies wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
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Fig. 7 zeigt die Form der Pupille im Cassegrain-Objektiv 1
und der Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6 im
Mikroskop-Spektrometer mit dem in Fig. 6 dargestellten Aufbau, sowie einen
effektiven Strahl für den Fall, daß das Objekt in der
optischen Achse 11 liegt, und für den Fall, daß das Objekt nicht
in der optischen Achse 11 liegt.
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D.h., daß die Fig. 7(a), (b) die Form der Pupille im
Cassegrain-Objektiv 1 und der Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6
zeigen, wie oben beschrieben. Da A = C und B = D gelten,
wie bereits beschrieben, ist ferner die Projektion der
Pupille des Cassegrain-Objektivs 1 auf die Pupille der
Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6, wenn die Pupillen A, C für das
Objekt 3 in der optischen Achse 11 einander überlappen, in
Fig. 7(c) dargestellt, und der effektive Strahl, wie er auf
das Meßelement 8 übertragen wird, ist in Fig. 7(d)
dargestellt. In dieser Fig. 7(d) zeigt der gekreuzte Bereich E
den effektiven Strahl, und der weiße Bereich F zeigt den
ausgeblendeten Bereich. Wenn dagegen die Pupillen A, C für
das Objekt 3', das nicht in der optischen Achse 11 liegt,
einander überlappen, ergibt sich eine Projektion der
Pupille des Cassegrain-Objektivs 1 auf die Pupille der
Cassegrain-Optik 6, wie sie in Fig. 7(e) dargestellt ist, und der
effektive Strahl, der auf das Meßelement 8 übertragen wird,
ist in Fig. 7(f) dargestellt. In dieser Fig. 7(f) zeigt ein
gekreuzter Bereich E' den effektiven Strahl, jedoch ist
dieser gekreuzte Bereich E' wesentlich kleiner als der
gekreuzte Bereich E. Darüber hinaus ist der weiße Bereich F'
deutlich größer als der weiße Bereich F.
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Kurz gesagt, hat sich herausgestellt, daß das vom Objekt 3'
abgestrahlte Strahlenbündel nicht wirkungsvoll in ein Bild
auf dem Meßelement 8 fokussiert werden kann, wenn das Objekt
3' nicht in der optischen Achse 11 liegt.
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Selbstverständlich ist es möglich, einen Parabolspiegel und
einen elliptischen Spiegel zu verwenden, um diese Anpassung
der Pupillen zu erzielen, anstatt die vorstehend
beschriebene Cassegrain-Weiterleitungsoptik 6 zu verwenden.
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Jedoch muß, da die Weiterleitungsoptik dazu dient, den
Strahl vom Cassegrain-Objektiv 1 auf das Meßelement 8 zu
übertragen, die numerische Apertur der Weiterleitungsoptik
auf der Seite des Bilds dieselbe wie diejenige des Objektivs
oder eine größere sein. Dagegen ist es, wie bereits
beschrieben, umso vorteilhafter, je kleiner das Meßelement 8
ist, so daß der Verkleinerungsfaktor der Weiterleitungsoptik
klein sein muß.
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Wenn z.B. vorausgesetzt wird, daß der Durchmesser des
Meßelements 8 250 um ist, wodurch der Durchmesser des maximalen
Meß-Gesichtsfelds 250 um wird, die Vergößerung des
Cassegrain-Objektivs 15 ist, die numerische Apertur auf der Seite
des Objekts 0,3 ist, die numerische Apertur auf der Seite
des Bilds des Cassegrain-Objektivs 1 0,02 ist, wird der
Durchmesser des Bilds 3,75 mm. Wenn es beabsichtigt ist, den
Strahl vom Cassegrain-Objektiv 1 durch einen elliptischen
Spiegel 14 zu empfangen, wie in Fig. 8 dargestellt, um das
Bild auf das Meßelement 8 zu fokussieren, beträgt der
Verkleinerungsfaktor 1/15, wenn die Brennweite auf der Seite
des nahen Brennpunkts des exzentrischen elliptischen
Spiegels 14 50 mm beträgt, so daß die Brennweite auf der Seite
des fernen Brennpunkts 750 mm wird. Darüber hinaus wird,
wenn der Winkel, der zwischen dem Hauptstrahl des von der
Pupille des Cassegrain-Objektivs 1 zur Bildebene 12 zum
Erzeugen des höchsten Bilds (125 um auf dem Objekt 3) und
der optischen Achse gebildet wird, 0,50 beträgt, die Höhe
des Hauptstrahls auf dem elliptischen Spiegel 14 ungefähr
6,5 mm. In diesem Fall beträgt die numerische Apertur 0,02,
so daß der Durchmesser des Strahls von diesem Objekt 3
ungefähr 30 mm wird und demgemäß der effektive Durchmesser,
wie er für den elliptischen Spiegel 14 erforderlich ist, 43
mm oder mehr wird, so daß die Vorrichtung eine große
Abmessung aufweist. Ferner steigt die Brennweite auf der Seite
des entfernten Brennpunkts des elliptischen Spiegels 14 mit
Verringerung des Verkleinerungsfaktors des elliptischen
Spiegels 14 an, so daß die Abmessung des Spektrometers
insgesamt zunimmt, und insbesondere im Fall eines
Infrarotmikroskops tritt der Nachteil auf, daß das Licht vom
Cassegrain-Objektiv 1 durch gasförmiges Kohlendioxid und Dampf
innerhalb der Luft im optischen Pfad absorbiert wird, so daß
die Verwendung des elliptischen Spiegels 14 nicht bevorzugt
ist. Ferner ist auch bei anderen Mikroskopen als einem
Infrarotmikroskop die Verwendung des elliptischen Spiegels
14 in Anbetracht einer Miniaturisierung der Vorrichtung
nicht von Vorteil.
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Daneben wurde überlegt, einen Parabolspiegel anstelle des
vorstehend beschriebenen elliptischen Spiegels 14 zu
verwenden.
Jedoch sind beim vorstehend beschriebenen Beispiel zwei
Parabolspiegel mit Brennweiten von 750 mm und 50 mm
erforderlich und demgemäß treten dieselben Schwierigkeiten wie
dann, wenn der elliptische Spiegel 14 verwendet wird, auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wurde dadurch erzielt, daß die vorstehend
beschriebenen Punkte berücksichtigt wurden, und es ist eine
Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskop-Spektrometer zu
schaffen, das dazu in der Lage ist, ein Bündel nicht nur von
einem in einer optischen Achse liegenden Objekt, sondern auch
ein Bündel von einem Objekt, das nicht in der optischen
Achse liegt, wirkungsvoll auf ein Meßelement zu übertragen,
ohne eine Weiterleitungsoptik großer Abmessung zu
verwenden.
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Um die vorstehend angegebene Aufgabe zu lösen, ist ein
erfindungsgemäßes Mikroskop-Spektrometer durch die Merkmale
von Anspruch 1 gekennzeichnet.
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Beim erfindungsgemäßen Mikroskop-Spektrometer mit dem
vorstehend angegebenen charakteristischen Aufbau wird, da das
Hindernisverhältnis in der Mitte im umgekehrt angeordneten,
als Weiterleitungsoptik wirkenden Teleskop kleiner als
dasjenige beim Cassegrain-Objektiv ist, auch für einen
Strahl von einem Objekt mit vergrößertem Gesichtswinkel für
das Cassegrain-Objektiv der Anteil des Strahls, der vom
umgekehrt angeordneten Teleskop abgeschattet wird,
verringert, und demgemäß kann der Strahl wirkungsvoll an das
Meßelement übertragen werden. Darüber hinaus kann das
erfindungsgemäße Mikroskop-Spektrometer auch mit einem
Cassegrain-Objektiv mit anderer Vergrößerung und numerischer
Apertur wegen des verringerten Hindernisverhältnisses in der
Mitte beim umgekehrt angeordneten Teleskop fertig werden,
und demgemäß kann der Strahl wirkungsvoll an das Meßelement
übertragen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Mikroskop-Spektrometer
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt;
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Fig. 2 und 3 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der
Pupille eines Cassegrain-Objektivs einerseits und der
Pupille eines umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops
andererseits sowie des effektiven Strahls für den Fall, daß ein
Objekt in der optischen Achse der in Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung liegt, und für den Falle daß ein Objekt nicht in
der optischen Achse liegt, zeigen;
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Fig. 4 und 5 sind Blockdiagramme, die jeweils Mikroskop-
Spektrometer gemäß weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen;
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Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein herkömmliches
Mikroskop-Spektrometer zeigt;
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Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der
Pupille eines Cassegrain-Objektivs einerseits und der Pupille
eines umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops
andererseits sowie des effektiven Strahls für den Fall, daß ein
Objekt in der optischen Achse der in Fig. 6 dargestellten
Vorrichtung liegt, und für den Fall, daß ein Objekt nicht in
der optischen Achse liegt, zeigt; und
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Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres herkömmliches
Mikroskop-Spektrometer zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen einige
Bezugszahlen in den Fig. 1 bis 5 dieselben Teile oder
entsprechende wie in den Fig. 6 bis 8.
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Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Aufbau
eines Mikroskop-Spektrometers gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und in der die Bezugszahl
20 ein umgekehrt angeordnetes Cassegrain-Teleskop als
Weiterleitungsoptik zeigt, das hinter der Bildebene 12 eines
Cassegrain-Objektivs 1 angeordnet ist. Hierbei ist das
umgekehrt angeordnete Teleskop ein solches mit einer Anordnung,
die derjenigen eines gewöhnlichen Teleskops entgegengesetzt
ist. Die Bildebene ist an einer Position angeordnet, die der
Brennweite des Teleskops entspricht, um ein von der
Bildebene emittiertes Strahlenbündel in Form paralleler Strahlen zu
erhalten. Beim dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist das Cassegrain-Teleskop umgekehrt angeordnet.
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Das Cassegrain-Teleskop 20 besteht aus einem Hauptspiegel 21
mit einer konkaven Spiegelfläche mit positiver Brennweite
und einem Sekundärspiegel 22 mit einer konvexen
Spiegelfläche mit negativer Brennweite, wobei der Hauptspiegel 21 mit
einer Öffnung 23 versehen ist, die in seinem mittleren
Bereich ausgebildet ist. Die konkave Spiegelfläche des
Hauptspiegels 21 zeigt in die Richtung entgegengesetzt zum
Cassegrain-Objektiv 1. Darüber hinaus ist der Sekundärspiegel 22
so angeordnet, daß seine konvexe Spiegelfläche in der
Richtung der konkaven Spiegelfläche des Hauptspiegels 21 und des
Cassegrain-Objektivs 1 zeigt. Zusätzlich steht der
Sekundärspiegel 22 etwas näher am Hauptspiegel 21 als es der
Brennweite des Hauptspiegels 21 entspricht. Demgemäß wird ein
Strahl vom Sekundärspiegel 5 des Cassegrain-Objektivs 1
durch den Selundärspiegel 22 des umgekehrt angeordneten
Cassegrain-Teleskops 20 in Richtung des Hauptspiegels 21
reflektiert, und ein auf den Haupstspiegel 21 auftreffender
Strahl wird vom Hauptspiegel 21 in Form paralleler Strahlen
emittiert.
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Die Bezugszahl 24 bezeichnet einen hinter dem umgekehrt
angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 angeordneten
Parabolspiegel, und ein Meßelement 8 ist im Brennpunkt des
Parabolspiegels 24 angeordnet. Demgemäß werden die parallelen Strahlen
vom umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 durch den
Parabolspiegel 24 so konvergiert, daß sie auf das Meßelement
8 treffen, wobei sie auf dem Meßelement 8 zu einem
bestimmten Bild fokussiert werden.
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Beim Mikroskop-Spektrometer mit dem vorstehend beschriebenen
Aufbau fällt der vom Objekt 3 emittierte Strahl auf den
Hauptspiegel 4 des Cassegrain-Objektivs 1, jedoch wird dabei
ein Teil des Strahls von dem als Pupille wirkenden
Sekundärspiegel 5 ausgeblendet. Der Ausblendungskoeffizient oder das
Hindernisverhältnis in der Mitte für den Strahl ist bei
diesem Sekundärspiegel 5 groß, mit einem Wert von 0,3 bis 0,4
im Cassegrain-Objektiv 1 vom Schwarzschild-Typ. Der vom
Hauptspiegel 4 reflektierte Strahl wird durch den
Sekundärspiegel 5 so reflektiert, daß er in ein Bild in der
Bildebene 12 des Cassegrain-Objektivs 1 fokussiert wird.
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Ferner fällt der durch die Bildebene 12 hindurchgestrahlte
Strahl auf den Sekundärspiegel 22 des umgekehrt angeordneten
Cassegrain-Teleskops 20, und der von der konvexen
Spiegelfläche des Sekundärspiegels 22 reflektierte Strahl fällt auf
den Hauptspiegel 21, um von diesem in Form paralleler
Strahlen emittiert zu werden. Diese parallelen Strahlen werden
durch den Parabolspiegel 24 so konvergiert, daß sie in der
Bildebene des Meßelements 8 auf ein Bild fokussiert werden,
das kleiner als dasjenige in der Bildpbene 12 des Casegrain-
Objektivs 1 ist.
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Im umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 stellt
dessen Sekundärspiegel 22 jedoch dessen Pupille dar, und das
Hindernisverhältnis in der Mitte dieses Sekundärspiegels 22
ist so eingestellt, daß es kleiner als beim Sekundärspiegel
5 des Cassegrain-Objektivs 1 ist, z.B. 0,3 oder weniger.
Gleichzeitig wird die Einstellung so ausgeführt, daß die
folgenden Beziehungen zwischen dem Cassegrain-Objektiv 1 und
dem umgekehrt angeordneten Teleskop 20 gelten: das
Hindernisverhältnis in der Mitte des Cassegrain-Objektivs 1 ist
größer als dasjenige im umgekehrt angeordneten Teleskop 20;
der Durchmesser des Bilds der Pupille des
Cassegrain-Objektivs 1, das auf den als Pupille des umgekehrt angeordneten
Teleskops 20 wirkenden Sekundärspiegel projiziert wird, ist
gleich groß wie der Durchmesser des Sekundärspiegels des
umgekehrt angeordneten Teleskops 20 oder kleiner; und das Bild
des strahlausblendenden Durchmessers des
Cassegrain-Objektivs 1, wie es auf den als Pupille des umgekehrt
angeordneten Teleskops 20 wirkenden Sekundärspiegel projiziert wird,
ist gleich groß wie der strahlausblendende Durchmesser des
umgekehrt angeordneten Teleskops 20 oder größer. Demgemäß
wird auch für einen Strahl vom Objektiv 3', das einen
grossen Gesichtswinkel für das Cassegrain-Objektiv 1 aufweist,
das Ausmaß des Strahlenbündels, das durch das umgekehrt
angeordnete Cassegrain-Teleskop 20 ausgeblendet wird,
verringert, und demgemäß kann dieser Strahl wirkungsvoll an das
Meßelement 8 übertragen werden. Darüber hinaus kann das
erfindungsgemäße Mikroskop-Spektrometer auch mit einem
Cassegrain-Objektiv 1 fertigwerden, das auf der Seite des Objekts
eine andere Vergrößerung und numerische Apertur aufweist,
und demgemäß kann es das Strahlenbündel wirkungsvoll
übertragen.
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Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Cassegrain-Objektiv
1 und dem umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 in
der Pupille, sowie das effektive Strahlenbündel für den
Fall, daß das Objekt in der optischen Achse 11 liegt, wenn
die vorstehend beschriebene Einstellung vorgenommen wurde.
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D.h., daß die Formen der Pupillen des Cassegrain-Objektivs 1
und des umgekehrten Cassegrain-Teleskops 20 in den Fig.
2(a), (b) dargestellt sind, und daß die Projektion der
Pupille des Cassegrain-Objektivs 1 auf die Pupille des
umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops 20 für den Fall, daß
die Pupillen A, C für das in der optischen Achse 11
liegende Objekt 3 einander überlappen, in Fig. 2(c) dargestellt
ist. Das effektive Strahlenbündel auf der Pupille des
umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops 20 vom
Cassegrain-Objektiv 1 ist für diesen Fall in Fig. 2(d) dargestellt. Da
das Hindernisverhältnis in der Mitte beim umgekehrt
angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 kleiner als das im Cassegrain-
Objektiv 1 ist, weist das effektive Strahlenbündel E
dieselbe Größe auf, wie das in Fig. 7(d) dargestellte.
Andererseits ist die Projektion der Pupille des
Cassegrain-Objektivs 1 auf das umgekehrt angeordnete Cassegrain-Teleskop 20
für den Fall, daß die Pupillen A, C für das Objekt 3', das
nicht in der optischen Achse 11 liegt, einander überlappen,
in Fig. 2(e) dargestellt. Wie vorstehend beschrieben, ist,
da das Hindernisverhältnis in der Mitte beim umgekehrt
angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 kleiner als dasjenige
beim Cassegrain-Objektiv 1 ist, das effektive Strahlenbündel
E' für diesen Fall, wie es in Fig. 2(f) dargestellt ist,
grösser als das in Fig. 7(f) dargestellte.
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Darüber hinaus ändert sich im Fall, in dem die Vergrößerung
und die numerische Apertur des Cassegrain-Objektivs 1
verändert werden, im allgemeinen die Größe der Pupille, jedoch
ändert sich der Ausblendkoeffizient kaum. Die Projektion der
Pupille des Cassegrain-Objektivs 1 auf das umgekehrt
angeordnete Cassegrain-Teleskop 20 sowie das effektive
Strahlenbündel für diesen Fall sind in den Fig. 3(a) bis (f)
dargestellt. Die jeweiligen Zeichnungen (a) bis (f) in Fig. 3
entsprechen den jeweiligen Zeichnungen (a) bis (f) in Fig.
2. Bei dem in Fig. 3 dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des ausgeblendeten Bereichs in
einer externen Form der Pupille des Cassegrain-Objektivs 1
verringert, jedoch ist der Ausblenddurchmesser in der
Pupille des umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops 20
kleiner als der Durchmesser des ausgeblendeten Bereichs in einer
externen Form der Pupille des Cassegrain-Objektivs 1, so daß
das Strahlenbündel des in der optischen Achse 11 liegenden
Objekts 3 oder des nicht in der optischen Achse 11 liegenden
Objekts 3' nicht stark ausgeblendet wird.
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Wie vorstehend beschrieben, kann bei den bevorzugten
Ausführungsbeispielen nicht nur das Strahlenbündel von dem in
der optischen Achse 11 liegenden Objekt 3, sondern auch das
Strahlenbündel vom nicht in der optischen Achse 11 liegenden
Objektiv 3' wirkungsvoll auf das Meßelement 8 übertragen
werden. Da die Brennweite des umgekehrt angeordneten
Cassegrain-Teleskops 20 klein ist, ist außerdem der Abstand
zwischen dem Cassegrain-Objektiv 1 und dem umgekehrt
angeordneten Cassegrain-Teleskop 20 verringert, und demgemäß kann das
Mikroskop-Spektrometer miniaturisiert werden.
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Obwohl bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispielen das umgekehrt angeordnete
Cassegrain-Teleskop 20 als Weiterleitungsoptik verwendet wurde, kann
anstelle dieses umgekehrt angeordneten Cassegrain-Teleskops 20
ein umgekehrt angeordnetes Teleskop verwendet werden, wie es
in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt ist.
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D.h., daß, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 4 erkennbar ist,
die das bevorzugte Ausführungsbeispiel unter Verwendung
eines umgekehrt angeordneten Gregory-Teleskops 30 als
Weiterleitungsoptik zeigt, dieses umgekehrt angeordnete Gregory-
Teleskop 30 aus einem Hauptspiegel 31 mit einer konkaven
Spiegelfläche mit positiver Brennweite und einem
Sekundärspiegel 32 mit einer konkaven Spiegelfläche mit positiver
Brennweite besteht. Der Hauptspiegel 31 ist mit einer in
seinem mittleren Bereich ausgebildeten Öffnung 33 versehen,
und seine konkave Spiegelfläche zeigt in die Richtung
abgewandt vom Cassegrain-Objektiv 1. Darüber hinaus ist dieser
Sekundärspiegel 22 an einer Position angeordnet, die dem
Parabolspiegel 24 etwas näher liegt als der Brennpunkt des
Hauptspiegels 31, und zwar so, daß seine konkave
Spiegelfläche der konkaven Spiegelfläche des Hauptspiegels 31 und dem
Cassegrain-Objektiv 1 zugewandt ist.
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Ferner besteht, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 5
erkennbar ist, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter
Verwendung eines umgekehrt angeordneten Newton-Teleskops 40 als
Weiterleitungsoptik zeigt, dieses umgekehrt angeordnete
Newton-Teleskop 40 aus einem Hauptspiegel 41 mit einer
konkaven Spiegelfläche mit positiver Brennweite und einem
Sekundärspiegel 42 in Form eines ebenen Spiegels. Dieser
Sekundärspiegel 42 ist diagonal zur optischen Achse 11 so
angeordnet, daß seine Spiegelfläche dem Sekundärspiegel 5
eines Cassegrain-Objektivs 1 zugewandt ist. Darüber hinaus ist
die konkave Spiegelfläche des Hauptspiegels 41 parallel zur
optischen Achse 11 ausgerichtet, um einen vom
Sekundärspiegel kommenden Strahl über den Parabolspiegel 24 zum
Meßelement 8 zu führen.
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Der Betrieb des in den vorstehenden Fig. 4 und 5
beschriebenen Mikroskop-Spektrometers ist derselbe wie der des in Fig.
1 dargestellten Mikroskop-Spektrometers, so daß die
zugehörige
Beschreibung weggelassen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, ist ein als Weiterleitungsoptik
wirkendes umgekehrt angeordnetes Teleskop hinter der
Bildebene eines Cassegrain-Objektivs angeordnet, und ein
Parabolspiegel zum Sammeln eines Strahlenbündels von diesem
umgekehrt angeordneten Teleskop zum Fokussieren eines Bildes
auf ein Meßelement ist so beschaffen, daß die folgenden
Beziehungen zwischen dem Cassegrain-Objektiv und dem umgekehrt
angeordneten Teleskop gelten: das Hindernisverhältnis in der
Mitte des Cassegrain-Objektivs ist größer als dasjenige im
umgekehrt angeordneten Teleskop; der Durchmesser des Bilds
der Pupille des Cassegrain-Objektivs, wie es auf den als
Pupille des umgekehrt angeordneten Teleskops wirkenden
Sekundärspiegel projiziert wird, ist gleich groß wie der
Durchmesser des Sekundärspiegels des umgekehrt angeordneten
Teleskops, oder kleiner; und daß das Bild des
strahlausblendenden Durchmessers des Cassegrain-Objektivs, wie es auf den
als Pupille des umgekehrt angeordneten Teleskops wirkenden
Sekundärspiegel projiziert wird, ist gleich groß wie der
strahlausblendende Durchmesser des umgekehrt angeordneten
Teleskops oder größer, so daß nicht nur ein Strahlenbündel
von einem in der optischen Achse liegenden Objekt, sondern
auch ein Strahlenbündel von einem nicht in der optischen
Achse liegenden Objekt wirkungsvoll auf das Meßelement
übertragen werden kann. Ferner ist die zusammengesetzte
Brennweite aus den zwei das umgekehrt angeordnete Teleskop
zusammensetzenden Spiegeln groß, jedoch ist die optische
Pfadlänge selbst kurz, so daß der Abstand zwischen dem
Cassegrain-Objektiv und dem umgekehrt angeordneten Teleskop verringert
ist und demgemäß das Mikroskop-Spektrometer miniaturisiert
werden kann. Demgemäß können Einflüsse durch Absorption des
Strahlenbündels vom Cassegrain-Objektiv durch gasförmiges
Kohlendioxid und Dampfinnerhalb der Luft im optischen Pfad
noch weiter verringert werden, und demgemäß kann eine
hochgenaue
Messung erzielt werden.
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Das vorstehend genannte "Hindernisverhältnis in der Mitte"
ist wie folgt definiert:
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- Fläche des mit der Markierung B gekennzeichneten Bereichs
Fläche des mit der Markierung A in den Fig. 2(a) und 3(a)
gekennzeichneten Bereichs; oder
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- Fläche des mit der Markierung B gekennzeichneten Bereichs
Fläche des mit der Markierung C in den Fig. 2(b) und 3(b)
gekennzeichneten Bereichs.