DE832337C - Spektrograph - Google Patents

Spektrograph

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Publication number
DE832337C
DE832337C DEO635A DEO0000635A DE832337C DE 832337 C DE832337 C DE 832337C DE O635 A DEO635 A DE O635A DE O0000635 A DEO0000635 A DE O0000635A DE 832337 C DE832337 C DE 832337C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resolution
prism
spectrograph
prisms
camera
Prior art date
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Expired
Application number
DEO635A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Anton Hammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Original Assignee
Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH filed Critical Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Priority to DEO635A priority Critical patent/DE832337C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE832337C publication Critical patent/DE832337C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms

Description

  • Spektrograph Die Leistungsfähigkeit eines Spektralapparates wird nach zwei l-lauptgesichtspunkten beurteilt: einerseits nach der Auflösung von Spektrallinien nahe hellaclll)arter Wellenlängen, anderseits nach der Lichtstärke des Apparates.
  • Das Auflösungsvermögen eines Prismensatzes gil)t an. welche Auflösung man unter den günstig sten Bedingungen des Apparates (Offnungsverhältnis der Kamera und des Kollimators, Spaltbreite, Trennvermögen der photographischen Schicht usw.) erreichen kann. I)ieses Auflösungsvermögen hängt von der Prismenstellung ab. Bei den üblicherweise verwendeten gleichschenkligen Prismen hat es ein Maximum bei symmetrischem Strahlendurchgang durch das Prisma (Minimumstellung für die Strahlablenkung). Infolgedessen ist bei sämtlichen handelsüblichen Spektrographen, bei denen die Optik verstellbar ist, die Anordnung getroffen, daß die Prismen für den zu beobachtenden Spektralbereich in die Alinimumstellung gebracht werden. Die Bewegungsmöglichkeiten sind so gewählt, daß in den in Betracht kommenden Stellungen das Strahlenbündel die Prismen mit möglichst geringem Lichtverlust durchsetzt. Besonders vorteilhaft ist bei diesen Apparaten eine Anordnung, die eine automatische Minimumstellung sämtlicher Prismen mit einer einzigen Bewegung ermöglicht. Bei bekannten Spektrographen für einen gewissenWellenlängenbereich, dienichtmit einer automatischen Minimumeinstellvorrichtung ausgerüstet sind, können die Prismen einzeln in die jeweilige Minimumstellung gedreht werden. An einem Apparat dieser Art haben G e r 1 a c h und R i e dl (Veröffentlichung »Spektralanalytische und elektrische Untersuchungen an reinstem Platin«, Phys. Zeitschrift, 34, I933, Nr. I3, S.5 I9), gelegentlich beobachtet, daß durch Herausdrehen der Prismen aus der Minimumstellung die Auflösung etwas verbessert wurde. Da sie sich jedoch bei der ganz andersartigen Zielsetzung ihrer Arbeit keine Rechenschaft über die Bedingungen gaben, von denen di Auflösung eines Spektrographen im einzelnen abhängt und welches insbesondere die günstigste Prismenstellung ist, führte diese Beobachtung nicht zu einer Verbesserung im Spektrographenbau.
  • Wie Untersuchungen von Gattere r und J u n ke s (Ric. Spettroscopiche I, 73, Nr. 3, I940) und von Hammer (Spektrochim.Acta, 2, 107, I94I) zeigen, ist das Öffnungsverhältnis der Kamera eines Spektralapparates von entscheidendem Einfluß darauf, ob man mit diesem Apparat die Auflösung erhält, die dem Auflösungsvermögen des Prismensatzes entspricht, oder nicht. Das Auflösungsvermögen eines Prismensatzes wird z. B. im Spektralgebiet von 4500 AE nur ausgenutzt, wenn das abbildende Bündel auf der Kameraseite ein Öffnungsverhältnis von 1 45 hat. Dies führte zu dem Bau von Spektrographen mit Kamerabrennweiten von über m (Steubing,Z. techn. Phys., 2I,243, I940), und im Schrifttum wurde von den optischen Firmen die Herstellung von Spektrographen mit so großen Kamerabrennweiten gefordert, daß das Auflösungsvermögen ausgenutzt werden kann (Gatterer und Junkes a. a. O.). Es ist klar, daß die Forderung, das Auflösungsvermögen des Prismensatzes auszunutzen, nicht zugleich mit der zweiten Forderung, eine möglichst große Lichtstärke des Gerätes zu haben, erfüllt werden kann. Um allen wissenschaftlichen und technischen Forderungen gerecht zu werden, hat man die Spektrographen mit Kameras verschiedener Brennweite ausgerüstet. Apparate mit kleiner Kamerabrennweite haben große Lichtstärke bei nicht ausgenutztem Auflösungsvermögen des Pri smensatzes, Apparate mit großer Kamerabrennweite haben geringere Lichtstärke bei besserer bzw. vollständiger Ausnutzung des Auflösungsvermögens. Diese Lösung ist die einzige, die bisher bekanntgeworden ist. Für jede gewünschte Auflösung muß also der Spektrograph mit einer besonderen Optik versehen werden, was naturgemäß einen bedeutenden technischen Aufwand mit sich bringt.
  • Bei dem neuen Spektrographen ist gemäß der Erfindung bei konstanter Brennweite der Kamera eine veränderliche, und zwar sogar eine stetig veränderliche Auflösung dadurch erreicht, daß die Auflösungsänderung durch Anderung der Prismenstellung bewirkt werden kann, wobei die jeweils gewünschte Auflösung nach einer bestimmten, im folgenden erläuterten Formel einstellbar gemacht ist, etwa automatisch mit Hilfe eines entsprechenden Mechanismus. Durch geeignetes Ändern der Prismenaufstellung ist es, im Gegensatz zu den Apparaten mit auswechselbaren Kameras möglich, die Auflösung stetig zu verändern, und zwar mit einem verhältnismäßig geringen, apparativen Aufwand. Man kann dabei einerseits mit der zur jeweils notwendigen Auflösung größtmöglichen Lichtstärke arbeiten, da die Auflösung immer nur so groß gewählt zu werden braucht, wie es für das gerade vorliegende Problem erforderlich ist. Anderseits läßt sich die Auflösung, wenn es notwendig ist, praktisch bis zur vollen Ausnutzung des Auflösungsvermögens steigern.
  • Es hat sich nämlich auf (;rund eingehender theoretischer unld experimenteller Untersuchungen herausgestellt, daß durch eine Aufstellung der Prismen außerhalb der ?*linimumstellung das Auflösungsvermögen nur um einige Prozent ahnimmt.
  • Die Prismenstellung wird gemäß der Erfindung so gewählt, daß das für die Auflösung wirksame Offnungsverhältnis den in der folgenden Formel angegebenen Wert besitzt: dtf = ,/..
  • Dabei ist d die Breite des aus dem Prismensatz austretenden Bündels, f die Kamera,rennweite und.v der für zwei gerade aufl(Ssbare Linien gewünschte Abstand auf dem Empfänger (photographische Schicht, Bildebene bei visueller 13eobachtung).
  • An einem Beispiel sei der Vorteil der Erfindung näher erläutert. Ein Spektrog-raph üblicher Bauweise weise bei einer Kamel-abrenn\\eite von 500 mm das Offnungsverhältnis 1 : 10 auf. Ein solcher Apparat hat bei guter Lichtstärke eine für viele Zwecke ausreichende Auflösung. Ist es dagegen notwendig, das Auflösungsvermögen des eingebauten Prismensatzes auszunutzen, so muß der Apparat ein Offnungsverhältnis von I: 4 45 haben und daher nach der bisherigen Praxis mit einer Zusatzkamera mit der unbequem großen Irennweite von 2250 mm ausgestattet werden, wogegen gemäß der Erfindung unter Beibehaltung der Kamerabrennweite von 500 mm lediglich die entsprechende Prismeneinstellung gewählt werden muß. Zu der größeren Einfachheit des Apparates kommt noch der Vorteil hinzu, daß man mit ihm nicht nur die beiden Auflösungswerte, die den Offnungsverhältuissen I: 10 und 1 : 45 entsprechen, einstellen kann, sondern jeden beliebigen Zwischenwert.
  • Vorteilhaft ist es, die Prismen (etwa mittels einer Bewegungsvorrichtung, die sich selbstverständlich von den bekannten, zur AIinimumeinstellung dienen den Einrichtungen unterscheidet) so zu bewegen, daß unter Berücksichtigung der Formel d/f = als der Prismensatz von dem Bündel möglichst ohne Lichtverlust durchsetzt wird.
  • Wie bereits ausgeführt wurde, besteht ein Vorteil der neuen Anordnung darin, daß die Auflösung dem gegebenen Problem in weiten Grenzen angepaßt werden kann. Es ist am zweckmäßigsten, den Apparat mit einer Optik mittlerer 13rennweite auszustatten und die Auflösung durch die Prismeneinstellung für den speziellen Fall zu steigern, wenn nötig bis zur vollen Ausnutzung des Auflösungsvermögens. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, den umgekehrten Weg zu gehen und zur Erhöhung der Be leuchtungsstärke der Spektrallinien die Auflösung gegenüber der NI inimumstellung zu verkleinern.
  • Die Steigerung der Auflösung in der angegebenen Weise bringt als weiteren Vorteil mit sich, daß die Beleuchtungsstärke der Spektrallinien weniger abnimmt als in dem Falle der Auflösungssteigerung durch die Xrerlängerullg der Iiamerabrennweite.
  • Die Auflösungssteigerung wird nämlich gemäß der Erfindung allein durch eine Vergrößerung des Spektrums in der Dispersionsrichtung erzielt, wogegen durch die Verlängerung der Kamerabrennweite eine Vergrößerung in beiden Dimensionen bewirkt wird. »dieser Vorteil wird allerdings zum Teil wieder aufgehoben durch die mit Annäherung an den Grenzwinkel der Totalreflexion beim Austritt aus den Prismen steigenden lteflexionsverluste. Es können jedoch schall sehr beträchtliche Auflösungssteigeruiigen erzielt werden, ohne daß der Einfluß der Reflexionsverluste den Gewinn vollständig aufhebt. I)ies gilt vor allem dann, wenn die Prismen flächen mit einer reilexionsvermindernden Schicht versehen sind, deren Dicke so gewählt ist, daß die Reflexion für einen SIittelwert des zu erwartenden Eintritts- und Austrittswinkels an den Prismen ein Minimum ist. Es ist ferner zweckmäßig, die auftretende Verkleinerung des Bündelquerschnitts gleichmäßig auf die einzelnen Prismen zu verteilen.
  • Dann sind die Eilltrittswillkel und Austrittswinkel je untercinancter gleich. Der Reflexionsverlust ist dann bei jedem Prisma der gleiche und die reflexionsvermindernde Schicht kann bei allen Eintritts- und bei allen Austrittsflächen gleich gewählt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRUCHE: I. Spektrograph, gekennzeichnet durch eine bei konstanter Kamerabrennweite stetig ver änderliche Auflösung, die durch Änderung der Prismenstellung erreicht wird, und zwar derart, daß die für die Wellenlänge A gewünschte Auflösung nach der Formel dlf = 2/x, gegebenenfalls automatisch, einstellbar gemacht ist, wobei d die Breite des aus dem Prismensatz austretenden Bündels, f die Kamerabrennweite und x der Linienabstand ist, der auf dem registrierenden oder beobachtenden Empfänger (Photoschicht, Bildebene bei visueller Beobachtung) für zwei getrennt beobachtbare Linien erwünscht ist.
  2. 2. Spektrograph nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenflächen mit einer reflexionsvermindernden Schicht versehen sind, deren Dicke so gewählt ist, daß die Reflexion für einen Mittelwert der zu erwartenden Eintritts-und Austrittswinkel an den Prismen ein Minimum ist.
  3. 3. Spektrograph nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende Verkleinerung des Bündelquerschnitts auf die einzelnen Prismen gleichmäßig verteilt ist.
DEO635A 1943-10-21 1943-10-21 Spektrograph Expired DE832337C (de)

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DEO635A DE832337C (de) 1943-10-21 1943-10-21 Spektrograph

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DEO635A DE832337C (de) 1943-10-21 1943-10-21 Spektrograph

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DE832337C true DE832337C (de) 1952-02-25

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