DE2056112A1

DE2056112A1 - Selbsttätiger Abtastmonochromator

Info

Publication number: DE2056112A1
Application number: DE19702056112
Authority: DE
Inventors: John M West Redding Sawyer jun Rene C Shelton Conn Roche (V St A) G02b
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1969-11-19
Filing date: 1970-11-14
Publication date: 1971-06-16
Also published as: GB1333716A; US3659945A; GB1333717A; JPS4842984B1; DE2056098A1

Description

2056113

CASE "A"

Patentanmeldung

The Perkin-Elmer Oorp», Norwalk/Conn. IJSA Selbsttätiger Abtastmonochromator

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsttätigen Abtastmonochromator mit einem Träger zur Halterung von mehr als zwei Hauptzerlegungselementen, mit Mitteln zur Zuführung der zu zerlegenden Strahlung, mit Mitteln zur Bewegung des Trägers in der Weise, daß jedes der Zerlegungselemente in eine bestimmte Wirkstellung in den Strahlengang eingebracht werden kann, und mit einem Hauptantrieb, der mit dem Träger zu dessen Bewegung in Antriebsverbindung steht.

Abtastmonochromatoren werden z.B. bei Spektralphotome tern verwendet und können als Dispersionselemente eine Reihe von Beugungsgittern enthalten, wobei jedes Gitter für einen eigenen Teil des gesamten Frequenzbereiches (der z.B. in Wellenzahlen angegeben wird) des Monoehromators verwendet wird.

Im allgemeinen ist für das vorliegende Gerät charak- I

teristisch, daß eine relativ große Zahl von Gittern verwendet wird, so daß ein weiter Wellenzahlenbereich überstrichen werden kann, wobei über den gesamten Bereich eine hohe Ausbeute und (in Bezug auf die optische Dispersion) Auflösung besteht. Um zu vermeiden, daß zugleich mit den Vorteilen, die mit dem Einsatz einer relativ großen Gitterzahl (sieben im Ausführungsbeispiel) gleichzeitig auch die Bedienung des Instrumentes im Betrieb besonders erschwert wird, ist für das erfindungsgemäße System vorgesehen, daß es über den genannten großen Wellenzahlenbereich alle Arbeitsweisen eines

109825/1 27.1

automatischen Monochromators (oder Spektralphotometers) ausführt. Dabei sind Verbindungs- und Steuermittel vorgesehen, die bewirken, daß die Gitter nacheinander in Betrieb genommen werden, während die verschiedenen anderen Teile des Monochromators synchron mit den Mitteln in Betrieb gesetzt werden, durch die die Gitter in ihre Betriebsstellung und in dieser in eine langsame Drehbewegung (wodurch der für jedes Gitter charakteristische Wellenzahlenbereich überstrichen wird)

ψ gebracht werden. Darüberhinaus enthält das Ausführungsbeispiel der Erfindung eine größere Anzahl von Filtern als Beugungsgitter, so daß tatsächlich nur eine "Ordnung" der gebeugten Strahlung über den gesamten Winkelbereich jedes gerade in Betrieb befindlichen Gitters den Austrittsspalt des Monochromators erreicht. Bin charakteristisches Bauteil für das Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt der Drehkopf oder das "Karussel" dar, an dessen Rand die Gitter angebracht sind, so daß durch eine schrittweise Drehbewegung des Drehtisches jeweils eines der Gitter in seine Betriebsstellung gebracht werden kann (bzw. ein Gitter

k nach dem anderen, wenn der gesamte Wellenzahlenbereich erfaßt werden soll).

Beim Ausführungsbeispiel ist nur ein einziger Arm oder Hebel vorgesehen, mittels dessen das gerade in Be-r triebssteilung befindliche Gitter (um eine Drehachse, die durch die lineare Teile des Gitters und parallel zu diesem verläuft) in Drehbewegung versetzt wird. Im einzelnen befindet sich der Gitterdrehtisch in der Weise an einem Ende des Wellenzahlenabtastarmes, daß sich das gerade wirksame Gitter direkt oberhalb der Drehachse des Abtastarmes befindet, während das

_. 3 _ 109825/1371

andere Ende des Abtastarmes (z_eB, mittels eines bekannten Mitnehmers) mit dem (die Wellenzahl abtastenden) Nocken in Antriebsverbindung steht, so daß das gerade in Betrieb befindliche Gitter um seine eigene Achse im Winkel drehbar eingestellt wirdo Die Verwendung nur eines einzigen Abtastarmes oder -hebeis für alle, z.B. sieben, Gitter,ι vereinfacht den Aufbau des Gerätes sehr stark im Vergleich zu dem äußerst komplizierten Aufbau, der sich ergeben würde,, wenn beispielsweise jedes der sieben Gitter einen eigenen Abtastarm aufweisen würde. Andererseits ist auch nur ein einziger Körper (Nocken) für die Winkelbewegung des Abtastarmes oder -hebeis entsprechend einem wesentlichen Erfindungsmerkmal vorgesehen, der so ausgebildet ist, daß zwei unterschiedliche Mockenflachen für den Betrieb vorgesehen sind, wodurch erreicht wird, daß der einzige vorhandene Abtastarm in seiner Winkelbewegung zwei verschiedenen Punktionen oder "Programmen" folgen kann, ohne daß dadurch irgendeine zusätzliche wesentliche Komplikation eingeführt wird, wie das der Fall sein würde, wenn zwei vollständig getrennte Nocken eingesetzt würden, um die- | se zusätzliche Betriebsmöglichkeit zu erhalten.

Für den erfindungsgemäßen Monochromator ist weiterhin besonders charakteristisch, daß eine besondere Steuerung vorgesehen ist, durch die sichergestellt wird, daß die Bewegung (und die Anzeige) des Gitterdrehkopfes, der Einsatz der Bewegung des Abtastarmes und damit der Schiefstellung des gerade in Betriebsstellung befindlichen Gitters, sowie die Bewegung weiterer

5/1771

Hilfselemente (die beidem hier offenbarten Ausführungsbeispiel die Filter sind) in der Weise richtig synchronisiert sind, daß die auf den Austrittsspalt des Monochromators fallende Strahlung auf eine für den speziellen Pail bestimmte (z.B. erste) "Ordnung" des Gitters beschränkt wird, wobei je nach der Auswahl der Nockenflachen (die sich beide an einem einzigen Bauteil befinden) die Drehbewegung des Abtastarmes hervorgerufen wird, durch die das in Betrieb befindliche Gitter in der Weise gedreht wird, daß sich die Frequenz (Wwllenzahl) der monochromatischen Strahlung am Austrittsspalt des Monochromators fortlaufend ändert. Vorzugsweise ist, wie nacjbstehend im einzelnen beschrieben wird, das oben genannte Steuerprogramm erfindungsgemäß im wesentlichen digitaler Art, wobei das (digitale) Steuersignal für diese Steuerung direkt von der relativen Winkelstellung dea gerade in Betrieb befindlichen Gitters erzeugt wird, nämlich durch eine oder mehr digitale Kodierscheiben, die direkt die Stellung des (Nocken-)Mechanismus angeben, von dem der Abtaetarm angetrieben wird. Dadurch wird erreicht, daß die Betätigung der verschiedenen Teile des Gerätes (z.B. Wechsel der Gitter, Wechsel der Filter, Ablage und Wiederanlage des Mitnehmers des Abtastarmes an die eine oder die andere Nockenfläche usw.), die bei einem bestimmten Wert des Wellenzahlenantriebes erfolgen sollen, in direkter Weise mittels eines Mechanismus erfolgt, der mit großer Genauigkeit (wozu sowohl die digitale Art der Programmsteuerung, als auch die in sich geschlossene Steuerung beitragen) der Wellenzahl der Strahlung am Austrittsspalt des Monochromators direkt proportional ist.

-. 5 -109825/1571

Zur Erzielung einer großen Präzision.(d.h. Reproduzierbarkeit) und einer zumindest großen Annäherung an die absolute Genauigkeit des gesamten Instrumentes ist von besonderer Bedeutung, daß alle mechanisch bewegten Bauteile in genau der gleichen Weise in ihre jeweilige Stellung gebracht werden, und zwar sowohl, wenn ein Element gegen ein anderes ausgetauscht wird, als auch, wenn ein bestimmtes Element (z.B. ein Gritter) beim nächstfolgenden Gebrauch des Gerätes wieder in Betrieb genommen wird. Dazu gehört z.B., daß jedes der sieben Gitter auf ■ dem Drehkopf immer wieder in ganz genau die gleiche Betriebsstellung gebracht wird, wenn es eingesetzt wird (d.h. wenn das zu beugende "weisse" licht auf das Gitter fällt). Entsprechend muß auch der Abtastarm in ganz genau derselben Weise wieder mit dem in Betrieb befindlichen Gitter verbunden werden, und zwar unabhängig davon, welches Gitter gerade eingesetzt wird; im Ausführungsbeispiel wird das dadurch erreicht, daß der gesamte Gitterdrehkopf an einem Ende des Abtastarmes angebracht wird, und dadurch, daß das in Betrieb befindliche Gitter präzise "markiert" in genau die gleiehe "richtige* Lage (exakt oberhalb der Drehachse des Abtastarmes) gebracht wird. Weiterhin muß das Mitnehmerende des Armes ganz genau und in exakt reproduzierbarer Weise mit der jeweilig vorgesehenen Nockenfläche zusammenwirken. Darüberhinaus ist es natürlich ganz besonders wichtig, daß jedes mechanische Element zwischen den Primärantrieben (z.B. Motoren) und den Bauteilen, die dadurch bewegt werden sollen (speziell der Socken, der die Stellung des Abtastarmes und damit auch die Winkellage des Gitters bestimmt), so frei wie praktisch überhaupt nur möglich von irgendwelchen Bearbeitungsungenauigkeiten oder "Lockerungen" (z.B. Spiel) ist, wenn das Gerät bis zu seiner praktischen Auflösungs-

109825/1271 "

ORIGINAL INSPECTED

grenze betrieben werden soll (und dabei die Präzision in der Wellenzahlangabe behalten soll).

Zur Erzielung der gewünschten "Feinheit" in der Wellenzahlangabe ist vorzugsweise eine grobe und eine ziemlich "feine" Anzeige der Wirkstellung des Nockens (die natürlich in bekannter Weise von der Stellung des Abtastarmes abhängig ist, welche selbst wiederum der Stellung des Gitters proportional ist) und damit auch der genauen Wellenzahl vorgesehen. Im einzelnen wird dabei ein zu beiden Seiten einer Übersetzung (z.B. ein Endlosschrauben- oder Zahnradgetriebe), die die Umlaufgeschwindigkeit beträchtlich reduziert, angeordnetes Paar von vorzugsweise digitalen (Wellen-) Winkelkodierern vorgesehen, und zwar in der Weise, daß der Kodierer auf der langsam bewegten Seite der Übersetzung ein Signal liefert, das die ersten wenigen signifikanten Stellen (z.B. weniger als zwei in dezimaler oder fünf oder sechs in binärer, digitaler Form) anzeigt, während der "Fein"-Kodierer auf dtr schnell bewegten Seite der Übersetzung die niedri-

W geren oder "weniger signifikanten" Stellen (z.B. drei in der Dezimalform oder wenigstens etwa neun oder zehn in binärer, digitaler Form) anzeigt und so die Daten für die Feinanzeige liefert. In der üblichen dezimalen Schreibweise kann so der langsam bewegte Kodierer z.B. die Tausender- und Hundertereinheiten in arabischen Zahlen angeben, während der schnell bewegte Kodierer (der theoretisch auch direkt mit der Motorantriebswelle verbunden sein kann) die Zehner- und Einer-Einheiten und die erste Stelle hinter dem Komma (d.h. Zehntel) in arabischen Zahlen

— 7 «· 109825/1271

2Q56112

angibt, wenn das Gerät soeingerichtet ist» daß seine Ausgabe direkt in Wellenzahlen erfolgt (d.h. über einen Wellenzahlenbereich von 4000 bis 33 im Infrarotbereieh, was einem Wellenlängenbereieh von 2,5 bis über 300 entspricht). Auf diese Weise wird eine hohe Präzision, d.h. bis zu vier ganzen Zahlen und einer Bezimalen (d.h» Zehntel) in Dezimalform, erreicht, ohne daß praktisch nicht zu -verwirklichende hohe "AuflÖsungs"-Anforderungen an einen einzigen Kodierer oder ein anderes (digitales) Anzeigegerät gestellt werden·

Die Verwendung einer vollständig digitalen Steuerung, besondere einer in sich geschlossenen Steuerung, ermöglicht nicht nur, daß sich das gesamte Gerät sozusagen fast Ton selbst genau steuert, sondern bietet darüber hinaus weitere Torteile. Dazu gehört, daß das Gerät leicht so "prograoBiert* werden kann, daß es sich auf irgendeine spezielle Wellenzahl einstellt und anschließend den Bereich bis zu irgendeiner anderen speziellen Wellenzahl überstreicht (wobei diese Wellenzahlen natürlich innerhalb des Gesamtarbeitsbereiches liegen müssen), oder, daß es auch kompliziertere spektroskopische Abtastungen "programmiert·¹ ausführen kann* Ein solches Programm für das erfindungsgemäße Gerät kann z.B. aus folgenden Schritten bestehen: Abtasten eines bestimmten Bereiches (z.B. ron den Wellenzahlen 2000 bis 5QO)₉ Bestimmung innerhalb dieses Bereiches liegender intensiver Absorptionsbanden (vorausgesetzt, es handelt sich um ein Infrarotspektralphotometer für Absorptionsmessungen), Aufsuchen und Registrieren der solche wichtigen Absorptionsbanden unmittelbar umgebenden Wellenlängenbereiche (diese geben sich in einem Absorptionsspektrogramm in typischer Weise als "Täler" zu erkennen) und Wiederaufnahme der Absorptionskurve in diesen Spektralbereichen unter strengeren Bedingungen

1Ö98?5/1?71

(z.B. mit langsamerer Vorschubgeschwindigkeit, höherer Verstärkung und unter Expansion des Ordinatenmaßstabes), unter denen der Einfluß der endliehen Ansprechzeiten ZoB. der Schreibvorrichtung und anderer mechanischer Teile wirksam eliminiert wird und gleichzeitig auch der Einfluß der Ordinatenbereichseinstellung auf die Möglichkeit, z.B. in einem mit einer Feder geschriebenen Spektrogramm noch Feinheiten des Spektrums beobachten zu können.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß ein (digitales) Signal zur präzisen Messung der Wellenzahl zur Verfügung steht, das direkt dazu verwendet werden kann, den Abszissenantrieb eines Schreibers zu steuern. Wie später noch beschrieben werden wird, kann als Hauptanzeigegerät dieses Instrumentes üblicherweise ein Blattschreiber verwendet werden. Es ist in der Spektralphotometertechnik geläufig, solche Blattschreiber in der Weise mit dem Gerät zu verbinden, daß die Abszissenstellung der Feder relativ entweder zu einem vorbeibewegten fortlaufenden Streifen oder zu einem festliegenden Blatt möglichst direkt proportional zu z.B. der Wellenzahl der monochromatischen Strahlung ist, die an einem bestimmten Punkt des Durchfahrbereiches gerade den Monochromator durchsetzt. Dadurch, daß zu j#der Zeit über den gesamten Spektralbereich ein (digitales) elektrisches Signal zur Verfügung steht, das der Wellenzahl exakt gleich ist, wird sichergestellt, daß die registrierten Abszissenwerte (Wellenzahlen) korrekt sind (d.h. irgendwelche sich summierenden Fehler und Ungenauigkeiten durch Schlupf o.a. treten nicht auf), des weiteren erleichtert die digitale Art der Wellen-

109825/1271

zahlenanzeige (die selbst wiederum als ein Haupteingangssignal der Steuerung des Instrumentes dient) die Verwertung einer vorhandenen digitalen Datenverarbeitungsanlage als Haupt- oder Hilfsanzeigegerät für die Ausgangssignale des (z.B. Infrarot-) Spektralphotometers, bei dem der erfindungsgemäße selbsttätige Abtastmonochromator ein wesentliches Bauteil darstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin,'ein selbsttätig arbeitendes Monochromatorsystem von der ixt, wie es z.B_o in Spektralphotometern gebraucht wird, zu schaffen, das über einen sehr großen Spektralbereich (der z.B. in Wellenzahlen angegeben wird) eine außerordentlich hohe Auflösung und große Präzision besitzt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Monochromatorsystem der genannten Art eine Dispersionseinrichtung zu schaffen, bei der dem Ausgangsspalt des Monochromators die sich, ständig ändernde, im wesentlichen monochromatische Strahlung mit ziemlich hoher und im wesentlichen konstanter Ausbeute zugeführt wird, ohne daß dabei große oder stark variierende Intensitätsverluste der gebeugten und getrennten monochromatischen Strahlung eintreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, einen Monochromator der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem sich z.B. die niedrigste und die größte Wellenzahl (oder Wellenlängeneinheiten) wenigstens um den Paktor 100 unterscheiden bzw. mit anderen Worten um wenigstens sieben "Oktaven" (d.h. um einen Faktor £.,).

10937K/1271

205611

- ίο -

Im engeren Sinne besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Monochromator der vorgenannten Art mit einer relativ großen Zahl von Beugungsgittern als Hauptdispersionselementen (d_oh. mehr als zwei, insbesondere z.B. sieben) zu schaffen, bei dem zum wenigsten die meisten Gitter nur über etwa eine "Oktave" oder "Ordnung" verwendet werden, so daß über den genannten, extrem großen Spektralbereich des Monochromators nach der Erfindung sowohl die Auf- W lösung als auch die relative Ausbeute im wesentlichen konstant gehalten wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem ^MVielfachgitter"-Monochromator (der mehr als zwei Gitter enthält) in Wirkzusammenhang mit jedem der verschiedenen Gitter wenigstens ein sekundäres spektroskopisch aktives Element vorzusehen, um sicherzustellen, daß die auf den Austrittsspalt des Monochromators fallende, vom Gitter gebeugte Strahlung auf eine "Ordnung" des Gitters beschränkt wird.

| Eine mehr spezifische Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Tielfachgittermonochromator der vorgenannten Art eine Mehrzahl von filtern zu verwenden, um damit zu erreichen, daß nur eine einzige Ordnung der gebeugten Strahlung den Ausgangsspalt erreicht, wobei insbesondere mehr Filter als Gitter vorgesehen sein sollen, so daß eine vollständige Aussonderung der gewünschten "Ordnung" jedes Gitters erreicht wird, ohne daß dadurch die Intensität der gebeugten Strahlung (der gewünschten Ordnung) über den gesamten Spektralbereich eines Gitters (d.h. eine "Oktave" von Wellenlängen) wesentlich verringert wird.

109825/1271

2058112

-, 11 -

Eine andere Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Monochromators der vorgenannten Art mit einer in sich geschlossenen Steuerung zum Wechsel der Dispersionselemente.

Demgemäß besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, bei einem Monochromator der vorgenannten Art eine Reihe von primären und sekundären spektroskopisch aktiven Elementen vorzusehen, wobei die wirksame (Winkel-)Stellung des Hauptdispersionselementes ' (z.B. Gitters) verwendet wird (diese Stellung ist zu diesem Zweck in bekannter Weise von z.B. der Wellenzahl der Strahlung am Ausgangsspalt des Monochromators abhängig), um die aufeinander folgenden Wechselvorgänge sowohl der primären als auch der sekundären spektroskopisch aktiven Elemente zu steuern.

Eine weitere andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Monochromator der vorgenannten Art mit einer größeren Zahl von Dispersionselementen einen einzigen Betätigungs- oder Abtastarm für das jeweils in Gebrauch befindliehe Dispersionselement zu schaffen, sowie einen j

einzigen Noekenkörper zur Bewegung dieses Armes entsprechend der gewünschten Punktion, wodurch die Anordnung für die Bewegung der Vielzahl von Dispersionselementen vereinfacht wird.

Demgemäß besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung bei einem Monochromator der vorgenannten Art mit nur einem einzigen Abtastarm und einem einzigen Nockenkörper darin, einen Eockenkörper mit zwei verschiedenen (damit starr verbundenen) Nockenflächen zu

- 12 109825/1771

schaffen, so daß durch ein im wesentlichen integrales Nockenelement zwei verschiedene (wenn auch miteinander verwandte) Bewegungsfunktionen oder Programme für den gleichen Abtastarm geschaffen werden, und zwar in der Weise, daß wenigstens eines der Dispersionselemente entsprechend dem einen Programm einer Nockenfläche bewegt (d.h. gedreht) werden kann, während wenigstens eines der Dispersionselemente entsprechend dem Programm der anderen Nockenfläche bewegt werden kann, wodurch die Abtastprogramme der verschiedenen Dispersionselemente vielseitiger werden, ohne daß dadurch zusätzliche wesentliche mechanische Komplikationen eingeführt werden.

Andere, untergeordnete Aufgaben der Erfindung beziehen sich auf die Schaffung aller notwendigen Präzisionseinrichtungen und Verbindungen zur Sicherung einer extrem hohen Reproduzierbarkeit des Monochromators der vorgenannten Art und auch einer zumindestens hohen (absoluten) Genauigkeit, z.B. dadurch, daß sichergestellt wird, daß jedes Dispersionselement zu seinem Gebrauch in exakt genau dieselbe Betriebsstellung gebracht wird, dadurch, daß sichergestellt ist, daß kein unerwünschter Schlupf, kein Spiel oder Leergang in irgendeiner der mechanischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Bauteilen besteht, und dadurch, daß eine digitale Programmsteuerung (die ihrer Natur nach keinen Gang oder andere statistisch variierende Fehler aufweisen kann) zur Steuerung aller Präzisionsteile des Monochromators eingesetzt wird.

- 13 109875/1771

Irfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Stellungsfühler aus einem mit dem Träger verbundenen Teil und einem feststehenden, mit der Trägerlagerung verbundenen Teil, wobei diese Teile bei Bewegung des Trägers gegeneinander beweglich sind, vorgesehen ist, daß jedes einzelne der Vielzahl von Zerlegungselementen in eine einzige, besondere Wirkstellung einbringbar ist und in dieser Stellung das wirksame Zerlegungselement des Monoehromators bildet, und, daß ein Signal zur Anzeige der jeweiligen Stellung des Trägers und damit der darauf befindlichen Zerlegungselemente verfügbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen selbsttätigen Abtastmonochromator ist der Träger als Drehtisch ausgebildet und steht mit einem einzigen Wellenzahlabtastarm zur Verdrehung des jeweils in der Wirkstellung befindlichen Zerlegungselementes in Wirkverbindung. Dabei erfolgen die Drehung des Drehtisches und die des jeweilig wirksamen Zerlegungselementes unabhängig voneinander, jedoch fallen die wirksame Drehachse der die Drehtischbewegung bewirkenden Kraftübertragung und die Drehachse des Abtastarmes zusammen; die Drehachse des Abtastarmes wiederum fällt im wesentlichen mit der Zerlegungsachse des in Wirkstellung befindlichen Zerlegungselementes zusammen.

109825/1271

-H-

Vorteilhafterweise werden bei dem Abtastmonochromator naoii der Erfindung als Zerlegungselemente Beugungsgitter verwendet, deren Zerlegungsaelise in der Gitteroberfläche und parallel zu den Furchen in der Gritterfläche verläuft.

Zweckmäßlgerweise bestehen bei einem erfindungsgemäßen Abtastmonochromator die Abtastmittel aus einer Nockenscheibe mit mehreren unterschiedlich ausgebildeten Nockenflachen, an deren jeweils eine ein Mitnehmer des Wellenzahlabtastarmes zur Anlage gebracht werden kann.

Weiterhin sind bei dem Abtastmonochromator Präzisionseinstellmittel vorgesehen, die mit einem schwenkbaren Teil in einer Arretierungsstellung an am Drehtisch angeordnete Anschläge angreifen und diesen in einer Stellung festhalten, in der sich jeweils ein bestimmtes Zerlegungselement in der Wirkstellung befindet. Dabei ist weiterhin mit dem Drehtisch eine Scheibe mit im wesentlichen identischen, nockenartig am Umfang angeordneten Vorsprüngen vorgesehen, an der ein unter Federvorspannung stehender Schwenkhebel anliegt, der seinerseits mit einem Schalter zusammenwirkt, durch den der den Drehtisch antreibende Elektromotor ü"ber eine Steuereinrichtung betätigt wird. Über diese Steuereinrichtung ist sowohl die Winkelstellung des gesamten Drehtisches als auch die Winkel-

- 15 109825/1271

stellung des jeweils in Wirkstellung "befindlichen Zerlegungselementes einstellbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Abtastmonochromator ist ein zweiter beweglicher Träger mit wenigstens drei zweiten optisch wirksamen Elementen und zweiten Stellungsfühlern vorgesehen, von denen ein Glied direkt auf diesem Träger und andere G-lieder auf einem feststehendem Bauteil angeordnet sindo Dabei wird durch ein Ausgangssignal die jeweilige Stellung des Trägers bzw. das jeweilig wirksame zweite optische Element angezeigt.

Vorteilhafterweise steht bei dem Äbtastmonoehromator nach der Erfindung die Steuereinrichtung mit den Ausgängen der beiden Einstellmittel in Wirkverbindung, wobei ein Ausgang der Steuereinrichtung mit der Energieversorgung des Antriebs für dsn Drehtisch der die Hauptzerlegungselemente trägt, verbunden ist und ein anderer Ausgang mit dem Antrieb des Trägers der zweiten spektroskopisch wirksamen Elemente in Verbindung steht. Beide Träger sind so mittels der Steuereinrichtung unter Einbringen des jeweiligen optischen Elementes in die entsprechende Wirkstellung bewegbar.

109825/1271

Im folgenden wird die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand von Abbildungen erläutert und ausführlich beschrieben:

10387S/1Z71 -U-

Fig_e 1 zeigt schematise]! eine perspektivische Teilansicht eines Gerätebeispiels (d.h. eines Spektralphotometers), in dem ein erfindungsgemäßer Monochromator eingebaut sein aknn.

Pig. 2 ist die Aufsicht auf einen Teil eines Gerätes nach Pig. 1, und arar etwa 2/3 der linken Seite der rechten Einheit, in welchem Teil die hautpsächlichen mechanischen Bauteile der beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Monochromators enthalten sind.

Pig. 3 zeigt sehamatisch nach Art einer Aufsicht den optischen Strahlengang des gesamten Spektralphotometers mit einem erfindungsgemäßen Monochromator.

Fig. 4 zeigt im Aufriß und in vergrößerter Porm mit Ausnahme einiger Teile die linke Hälfte der mechanischen Bauteile entsprechend Pig. 2, insbesondere die mechanischen Teile zur Aufnahme der auswechselbaren Dispersionselemente (im speziellen Pail eine Reihe von sieben Beugungsgittern und eine größere Zahl von Filtern zur Aussonderung von Ordnungen).

Pig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 5-5 in Pig. 4> der im wesentlichen durch die Mittelachsen sowohl des Gitter-Drehtisches als auch des Hauptnockenkörpers zum Abtasten (der Wellenzahlen) verläuft und auch den Abtasthebel Oi=Z- -arm zeigt, der den gesamten Dreh-

10882B/1271 BADOBK₃₁NAL

tisch und damit auch das in Betrieb befindliche Gritter mit dem Abtastana verbindet, sowie verschiedene andere Bauteile, die in Mg« 4- nicht erkennbar sind, da sie durch Platten oder andere Teile verdeckt sind.

Fig. 6 zeigt einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 6-6 in Pig. 4 und zeigt im einzelnen, wie der Hauptnoekenkörper mit dem Mockenmitnehmerende des Abtastarmhebels zusammenwirkt.

Pig. 7 stellt eine horizontale Ansicht der Pig. 5 auf der Mnie 7-7 dar und zeigt den federbelasteten Winkelhebel und das (mit sieben Ansätzen versehene) nockenartige Element, das starr mit dem ffitterdrehtisch verbunden ist und sicherstellt, daß der Drehtisch in einer der (sieben) Sonderstellungen, in der sich ein Gitter in seiner Betriebsstellung befindet, festgehalten wird, sowie auch star Steuerung der Antriebskraft (im einseinen eines Motors und einer elektrisch betätigten Kupplung), die den ffitterdrehtiseh von einer seiner (sieben) Stellungen, in der er sich gerade befindet, zu der jeweils nächsten anderen Position bewegt (im allgemeinen in irgendeine dieser Positionen) .

Pig. 8 zeigt im Aufriß mit Blickrichtung in der Linie 8-8 in Pig. 7 sowohl den oben genannten federbelasteten, mitnehme rartigen Einstellkniah®bei als

- 19 -10982SM271

" - 19 -

auch einen !Dell der Mittel zur Beförderung des Drehtisches in jede einer Mehrzahl (d.h. sieben) von Stellungen, in denen jeweils ein anderes Gitter in Wechselwirkung mit dem zu beugenden Lichtstrahl tritt.

Fig. 9 zeigt einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 4 und einen Teil der Antriebsmittel zur Bewegung des Drehtisches in jede der genannten besonderen Stellungen, in der jeweils ein bestimmtes Gitter in Betriebsstellung gebracht ist.

Fig. 10 zeigt im einzelnen eine horizontale Ansicht der Teile des oberen Teils der Fig. 4» durch die die Nockenscheibe (die nicht in Fig. 10, aber in Figuren 4 und 5 gezeigt ist) exakt so angetrieben wird, daß das Hauptnockenelement zum Abtasten (s. Fig. 4) in genau bestimmter Weise mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, ohne daß dabei in der Antriebseinrichtung oder in der (digitalen Fein-) Anzeige (an der linken Seite der Figuren 10 und 4 zu erkennen) irgendein Leergang auftritt.

Fig. 11 zeigt in einem senkrechten Schnitt entlang der Linie 11-11 der Fig. 4 die Art und Weise, in der ein spezielles (von sieben) Anschlagelement (von denen jedes einem der Gitter auf dem Drehtisch zugeordnet ist) genau in der gewünschten Stellung

109825/1271

angehalten wird, wodurch das gerade im Strahlengang befindliche Gitter exakt in einer genauen Wirkstellung festgehalten wird.

Fig. 12 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht von Pig. 11, daß die bewegliche Sperreinrichtung für jedes der genannten Anschlagelemente eine konzentrisch zu seiner Drehachse angeordnete wirksame Blockierungsfläche aufweist, wodurch
sichergestellt wird, daß in der Wirkstellung der Sperrelemente jedes der
Anschlagelemente sich in einer (räumlichen) Stellung befindet, in der es
exakt dieselbe gewünschte (lineare)
Stellung einnimmt, selbst wenn das
Sperrelement selbst nicht genau in der gleichen (Winkel-) Stellung ist, wenn es den Anschlagelementen anliegt.

Fig. 13 zeigt in einem Aufriß entlang der linie 13-13 in Pig. 4 die Filterscheibe (die vierzehn Filter aufnimmt und bei dem Ausführungsbeispiel für Versuchszwecke zusätzlich einen Leerraum aufweist) , die als spektroskopisch aktives Hilfsmittel wirkt (d.h. die Gitter-"Ordnungen" trennt), sowie die Mittel zur schrittweisen Bewegung der Filterscheibe, wodurch das jeweils gewünschte Filter in die vom Gitter gebeugte Strahlung eingebracht wird (vgl. den optischen Strahlengang in der Fig. 3).

109875/12 71

14 zeigt schematisch eine Ansicht des mit niedriger Geschwindigkeit "betriebenen Kodierers, der mit dem unteren Ende der Έοck enanordnung verbunden ist, wie man erkennt, wenn man von der Stellung des Kodierers in der unteren rechten Ecke der Fig. 5 nach oben blickte

Pig. 15 stellt ein Diagramm des gesamten Monochromators dar und zeigt nur wenige mechanischen Bauteile, aber im wesentlichen alle elektrischen und elektronischen Teile schematisch oder als Blockdiagramm.

Pig. 1 zeigt perspektivisch in etwas allgemeiner Porm ein spezifisches Gerät als Beispiel (z.B. ein registrierendes Infrarotspektralphotometer), in dem der selbsttätige Abtastmonochromator nach der Erfindung verwendet werden kann. Die Abbildung zeigt im wesentlichen zwei etwas voneinander getrennte Einheiten, von denen die erste Einheit 10 eine Konsole darstellt, die die meisten der von einer Bedienungskraft einzustellenden Abstimmungen für die verschiedenen Geräteparameter enthält, sowie auch die Anzeigegeräte, z.B. eine Mehrzahl üblicher Zeigerinatrumente (.dhi analog anzeigende Instrumente), eine (nach dem Dezimalsystem arbeitende) digitale und visuell ablesbare Hauptwellenzahlanzeige 14 und einen zweidimensionalen Blattschreiber,

1098 2 R

der allgemein mit 16 bezeichnet ist. Der Blattschreiber kann für zwei verschiedene Betriebsweisen vorgesehen sein z.B. in der Art, wie der in dem USA-Patent 3 380 065, das dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, vollständiger beschriebene und beanspruchte Schreiber; insbesondere kann er die !Differentialkabelanordnungen für Blattschreiber nach dem USA-Patent 3 396 402 von Charles deMey II aufweisen, das ebenfalls dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Jedoch stellen viele der Kontrollelemente und die meisten Anaeigegeräte keinen Teil der vorliegenden Anmeldung dar, so daß in der folgenden Beschreibung im einzelnen die an und in der Konsole 10 angebrachten Teile nur wenig beschrieben werden (außer im Zusammenhang mit der Erklärung ihrer Wirkungsweise am Ende der Beschreibung und im Zusammenhang mit der Pig» 15).

Die optischen, mechanischen und auch die Mehrzahl der elektromechanischen Hauptbauteile des Instrumentes sind in einer gesonderten Einheit untergebracht, die in der Folge gelegentlich als Haupt- oder Tiseheinheit bezeichnet wird und in !ig. 1 allgemein mit 20 bezeichnet ist»

Im allgemeinen wird die rechte Seite oder der auf der Abbildung im Vordergrund befindliche Teil dieser Einheit bei 22 die Strahlungsquelle (oder die Strahlungsquellen) enthalten und auch die dazugehörigen optischen und anderen Bauteile, die dazu erforderlich sind, ein Paar von in ihrem zeitlichen Verlauf

109825/1271

unterschiedlieilen aber sonst im wesentlichen identischen Strahlengängen (im weiteren Text als Probenstrahl und Vergleiehsstrahl bezeichnet) zu schaffen, die die in den Teilen 2t bzw. 23 die Probe bzw. die Vergleichssubstanz enthaltenden Gehäuse durchsetzen (wie die Zeichnung erkennen läßt, bestehen diese Teile aus Gehäusen oder Deckeln mit Ausschnitten, wobei diese in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Spektralphotometers oder auch irgendeines anderen optischen Instrumentes, bei dem der erfindungsgemäße Monochromator verwendet wird, vorhanden sein können oder nicht), Die beiden getrennten (und zeitlich gegeneinander versetzten) Strahlen treten bei 24 in den Monochromatorteil des Gerätes ein, nachdem sie durch die Proben- und Vergleichsküvetteneinriehtung getreten sind (vgl. Figo 2 bei 26 und 28).

Der Hauptteil des Monochromator systems ist allgemein bei 24 in Fig. 2 gezeigt und wird im folgenden in Verbindung mit dieser Abbildung beschrieben« Jedoch wird zunächst, und zwar, um eine beispielhafte Verwendung der Erfindung vollständig zu erklären, die allgemeine optische Arbeitsweise eines Zweistrahl-(Absorptions-) Spektralphotometers (insbesondere eines Infrarotabsorptionsspektralphotometers) an Hand des in Pig. 3 dargestellten optischen Strahlenganges beschrieben.

Hahe der oberen rechten Ecke der Pig. 3 ist mit S1 und S2 ein Paar von Strahlenquellen bezeichnet! es sind hier lediglich deshalb zwei Strahlenquellen gezeigt, weil wie es im allgemeinen bei den vorzugsweisen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch der Fall ist - des öfteren unterschiedliche Ultrarotstrahlungsquellen erforderlich sind, da die meisten Infrarotquellen nur in einem bestimmten Spektralbereieh wirkungsvoll arbeiten, auf jeden

109875/1271 -

Fall aber in einem Bereich, der geringer ist, als der gesamte Spektralbereich des beispielhaften Monochromators (bzw. des beispielhaften Spektralphotometers, in das der Monochromator eingebaut ist). So kann S1 eine Strahlenquelle für das "nahe" und wenig "ferne" Infrarot darstellen, die für den Bereich von z.B. 2,5 u bis 100 u (d.h. 4000 bis 100 cm" in Wellenzahlen) verwendet wird, während eine zweite lichtquelle S2 im langwelligen Teil des Infrarotbereiches, z.B. von 100 bis 300 u (d.h. von den Wellenzahlen 100 bis 33) verwendet wird. Die Eintragung von zwei solchen Lichtquellen in der Fig. 3 zeigt, daß bei einem selbsttätigen Abtastmonochromator nach der Erfindung ein so großer Spektralbereich nutzbar ist, daß es in der Praxis notwendig wird, zwei verschiedene Lichtquellen zu verwenden, um an der oberen und unteren Grenze des Spektralbereiches noch eine ausreichende Iiichtmenge (Intensität) zur Verfügung zu haben.

Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die untere Lichtquelle S1 für den Bereich kürzerer Wellenlängen (d.h. von 2,5 u und darüber bzw. 4000 Wellenzahlen und darunter; die obere Lichtquelle S2 wird in den anschließenden Bereichen verwendet) gebraucht wird; natürlich kann auch eine umgekehrte Am* Ordnung vorgesehen werden. Auf jeden Fall ist in Fig. das zwischen zwei Stellungen (z.B. durch Drehung) bewegliche erste Sammelelement (das z.B. als Hohlspiegel ausgebildet ist) 01 in einer solchen Stellung gezeigt, daß die von der Lichtquelle S1 ausgehende Strahlung entlang dem ersten oder Hauptstrahlengang R1 gelenkt wird. In der anderen Spiegelstellung (die in Fig. 3

1 0 Ir¹ H 7 H / 1 ? 1 1

gestrichelt gezeigt ist) wird bei Betrieb der anderen Strahlungsquelle (S2) die von dieser ausgehende Strahlung ebenfalls über diesen Hauptstrahlengang R1 geleitet. In jedem Falle wird in dem optischen System des Beispiels die gesammelte Strahlungsenergie von einem ersten Planspiegel P1 (der vorzugsweise an der Vorderseite verspiegelt ist) so reflektiert, daß bei 11 das konjugierte Bild der Lichtquelle (relativ zu C1) entsteht. Bei der beispielhaften Ausführung (wie gezeigt) können die Gegenstandsebene (S1, S2) des Spiegels.01 und seine konjugierte Bildebene (11) so ausgewählt sein, daß das Verhältnis von Gegenstand- zu Bildweite 2:1 beträgt, das Bild der lichtquelle bei 11 ist also gegenüber der Lichtquelle selbst (S1 oder S2) um den Faktor 2 vergrößert· Die von dem Lichtquellenbild 11 ausgehende Strahlung wird durch den Hohlspiegel F1 wieder gesammelt, so daß nach Zwischenschaltung eines zweiten Planspiegels P2 (der vorzugsweise an der Vorderfläche verspiegelt ist) die Strahlen zu einem zweiten Bild 12 gesammelt werden, das bei (oder wenigstens sehr nahe dazu) einem kleinen, an der Oberfläche verspiegelten Toroidspiegel M3 liegt. Anschließend fällt die Strahlung auf einen Zerhacker CH1, der z.B. eine starr angeordnete Drehwelle RS1 und eine Zerhackerscheibe 0D1 aufweist, von der ein Teil direkt in dem von 12 ausgehenden Strahlenbündel angeordnet ist.

Wie bekannt, besteht eine solche Zerhackerscheibe CDI aus einer Mehrzahl von durchlässigen (d.h. offenen Sektorteilen, die auf dem Umfang der Scheibe angeordnet sind und durch stark reflektierende, im allgemeinen ebenfalls sektorförmige Teile getrennt sind; dadurch wird erreicht» daß die von dem Bild 12 der Lichtquelle

- 26 109825/1271

ausgehende Strahlung R2 abwechselnd durchgelassen (TE) und reflektiert (El) wird. Einer dieser beiden Strahlen durchsetzt anschließend die Probe» während der andere in der bei optischen Zweistrahlmessungen üblichen Weise (d.h. bei Spektralphotometern) die Vergleichsprobe durchsetzt. In dem speziellen Ausführungsbeispiel wird der (vom Zerhacker) durchgelassene und auch der reflektierte Strahl durch je einen weiteren (an der Vorderfläche verspiegelten) Planspiegel PT bzw«, PR reflektiert, und zwar in der Weise, daß die Strahlen zu einem Sammelspiegel PT bzWo S¹R umgelenkt werden, wodurch ein weiteres Bud IT bzw, IR der Lichtquelle in der Nähe der Proben- und Vergleichsküvette entsteht (bei 26 und 28, wobei die Anordnung der jeweiligen Küvetten zu den genannten beiden Strahlen nicht festliegen muß). Die von dem jeweiligen Bild der Lichtquelle (IT bzw. IR) ausgehenden ^iehtstrahlen TR2 und RR2 werden durch die jeweiligen Hohlspiegel I¹T bzw. PR2 gesammelt unter Bildung der weiter verlaufenden und reflektierten, konvergierenden Strahlen TR3 bzw. RR3. Diese Bündel werden durch entsprechende weitere (an der Vorderfläche verspiegelten) Planspiegel PT2 bzw. PR2 umgelenkt, wobei die umgelenkten Bündel TRA und RR4 auf den rekombinierenden oder zweiten Hauptzerhacker CH2 fallen, der eine zweite Zerhackerscheibe CD2 enthält. Diese Zerhackerscheibe besteht üblicherweise aus jeweils einer oder mehreren, im allgemeinen sektorförmigen, abwechselnd durchlässigen und reflektierenden Teilen. Dadurch wird während einer bestimmten Zeit die ursprünglich von der ersten Zerhackerscheibe (0D1) durchgelassene Strahlung TR4 von einer reflektierenden Fläche der zweiten Zerhackerscheibe CD2 reflektiert und zu einem weiteren Bild der Lichtquelle bei 14 gesammelt, während die Strahlung RR4 (die ursprünglich von dem reflektierenden Tail der ersten Zerhackersoheibe 0D1 umgelenkt

10 98 25/1271 - 27 -

wurde) während der übrigen Zeit von dem durchlässigen Teil der zweiten Zernaekerseheibe CD2 in Richtung auf den gleichen Punkt 14 durchgelassen wird.

Es gibt eine Eeihe .bekannter Methoden, mit denen die von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung R1 zeitlich in zwei getrennte Strahlen TE bzw. BE zerlegt werden kann und anschließend mittels eines zweiten Zerhackers (0H2, CD2) wieder vereinigt wird, wobei die beiden Zerhacker (CH1) (und CH2), besonders aber die beiden Zerhackerscheiben CD1 und GD2 in einer solchen Phasenbeziehung stehen, wie sie in der am 2. Juli 1969 bekannt gemachten britischen Patentschrift 1 157 086 (Erfinder Michael A. Ford, Anmelder Perkin Eimer Limited, Beaconsfield, Buckinghamshire), der entsprechenden deutschen Offenlegungsschrift 1 497 und der anhängigen amerikanischen Anmeldung (Aktenzeichen 571 279) vom 9.8.1966 offenbart und beschrieben wurde. Jedoch wird letztlich bei 14 unabhängig von der jeweiligen Zerhackereinsteilung oder von dem jeweilig verwendeten ¹¹ Photometersystem" in zeitlicher Aufeinanderfolge Strahlung auftreten, die entweder durch IT oder durch IR verlaufen ist ( so daß der eine Strahl die Probe durchsetzt hat, während der andere durch die Vergleichszelle hindurchgegangen ist). Dabei ist es ziemlich gleichgültig, welcher der beiden Strahlen als Probenstrahl und welcher als Vergleichsstrahl angesehen wird, außer daß natürlich der die Probe durchsetzende Strahl durch die Absorption in der Probe (in einem Absorptionsspektralphotometer) geschwächt wird, so daß dieser "Probenstrahl" eine geringere Intensität besitzt als der "Vergleichsstrahl", wenigstens bei den Wellenzahlen (oder in den Spektralbereichen), bei denen die gerade zu untersuchende Probe eine wesentliche Absorption besitzt, Bekanntermaßen

- 28 -10982 571771

205R112

benötigen daher alle Typen optischer Zweistrahl-Absorptions-Geräte (z.B. Spektralphotometer) ein Verfahren (sei es,daß im Vergleichsstrahlengang ein optisches Schwächungsglied angeordnet ist, oder, daß eine entsprechende elektronische Signalverarbeitung vorgesehen ist), mit dem z.B. das Intensitätsverhältnis der zeitlich gegeneinander versetzten Strahlungsbündel, die die Probe bzw. der Vergleichszelle durchsetzen, gebildet wird und bei dem die relativen Intensitäten der Strahlung z.B. bei TR4 und RR4 endgültig gemessen und verglichen werden.

Bei einem Abtastspektralphotometer geschieht dies bei jeder sich fortlaufend ändernden Spektrallinie (theoretisch) bzw. bei jedem sich fortlaufend ändernden sehr engen Spektralbereich (praktisch) über einen gewissen Spektralbereich hinweg. Dazu wird ein Abtastmonoch.romator benötigt, mittels dessen einem Strahlungsdetektor nacheinander und zeitlich gegeneinander versetzt Strahlungsbündel einem Strahlungsdetektor zugeführt werden, die zum mindesten der Intensität der Strahlen TR4 und RR4 proportional sind. Bei den im Handel -befindlichen Spektralphotometern, die im allgemeinen dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechen, befindet sich der Abtastmonochromator jenseits des Rekombinationszerhackers CH2 (vgl. Pig. 3), so daß sowohl die Probe als auch die Vergleichssubstanz von "weisser" Strahlung durchsetzt wird. Wie aus dem Stand der Technik wohlbekannt ist, kann der Monochromator stattdessen auch in dem nicht aufgespaltenen Strahl vor dem ersten Zerhacker OH1 angeordnet sein, so daß zu jeder Zeit die Probe und die Vergleichssubstanz nur von monochromatischem Licht durchsetzt wird.

- 29 1098?S/1?71

Bei der bevorzugten, hier dargestellten Ausführung wird jedoch die von der Lichtquelle kommende Strahlung zunächst in ein Paar zeitlich gegeneinander versetzter Strahlenbündel zerlegt, von denen das eine die Probe durchsetzt und das andere daran vorbeigeht, wobei diese Strahlenbündel anschließend wieder vereinigt werden und letztlich mit einem einstellbaren Monochromator "abgetastet" werden, wobei fortlaufend in bestimmten, engen Intervallen über einen großen Spektralbereich hinweg ihre relativen Intensitäten gemessen werden; wenigstens in der Theorie ist es jedoch ebenso gut möglich, den Monochromator irgendwo in der lähe von 11 (vgl. Pig. 5) anzuordnen, ohne daß dadurch in der Theorie der Betrieb des Instrumentes beeinflußt wird. Aus diesem Grunde sind auch keine Einzelheiten in Bezug auf die besondere optische Anordnung der Strahlenquellen und die folgenden optischen Bauteile, nicht einmal das bevorzugte Zerhackerverfahren (vgl. die oben genannten Anmeldungen bzw. Patente) von irgendeiner Bedeutung in Bezug auf die hier beanspruchten Erfindungsmerkmale bzw. sind auch nicht damit in Beziehung zu bringen, denn diese beziehen sich allein auf den Monochromator und seine unmittelbare Umgebung* auch die Anordnung des Abtastmonoehromators in dem jeweiligen Gerät ist weder erfindungswesentlich noch im einzelnen von Bedeutung hinsichtlich der Erfindung. Tatsächlich können alle bisher beschriebenen Bauteile als nicht zugehörig zu der Erfindung betrachtet werden, sondern vielmehr nur als Bauteile eines beispielhaften Gerätes, nämlich eines Absorptionsspektralphotometers, in dem ein selbsttätiger Abtastmonochromator nach der Erfindung

- 30 10-9825/ 1271

sein Hauptanwendungsgebiet hat oder in Verbindung mit welchem er verwendet werden kann.

Die im OBiId-) Punkt 14 gesammelte, wieder vereinigte Strahlung wird im Ausführungsbeispiel von einem (vorzugsweise an seiner Vorderfläche verspiegelten) Toroidspiegel M4 reflektiert unter Bildung des vereinigten und zeitlich unterbrochenen Strahlenbündels CB. Dieses Strahlenbündel fällt auf ein weiteres Bauteil C5, das schematisch als ein Paar von (starr mit einer einzigen Drehachse verbundenen) abwechselnd in den Strahlengang einbringbaren Gliedern dargestellt istj für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung genügt jedoch die Annahme, daß es sich dabei um einen weiteren (vorzugsweise an seiner Vorderfläche verspiegelten) Planspiegel P5 handelt, durch den das Lichtbündel weiter auf den Sammelspiegel F3 geleitet wird, wodurch ein konvergierender, wieder vereinigter Strahl CC entsteht. Wie vorher (ähnlich wie bei C5) genügt es, das aus zwei Teilen, die abwechselnd in den Strahlengang "einbringbar sind, bestehende Bauteil 06, auf das das Licht anschließend fällt, als einen (vorzugsweise an seiner Vorderfläche verspiegelten) Planspiegel P6 im Lichtweg CC zu betrachten, wobei das vereinigte Bündel nach der Umlenkung weiter konvergiert (vgl. das Bündel CC1)J>ieses Bündel erzeugt letztlich ein vorzugsweise relativ langes (in der Richtung senkrecht zur Papierebene) und schmales (im allgemeinen in der senkrechten Richtung der Pig. 3) weiteres Bild 15 der Lichtquelle.

Es ist in der Optik im allgemeinen und in Bezug auf spektroskopische Geräte im besonderen wohlbekannt, die verschiedenen Hohlspiegel und andere, das Licht sammelnde Bauteile (z.B. 01, P1, identische Bauteile FT und PR,

- 31 109825/1271

die weitgehend aufeinander abgestimmten Bauteile FT2 und FR2 und das Bauteil P3) sind vorzugsweise so auszuwählen, daß sie die gewünschte Punktion nicht nur wirksam erfüllen, sondern auch so, daß sie (soweit als praktisch notwendig) frei von optischen Fehlern sind. So sind insbesondere diese Spiegel nicht als einfache sphärische Spiegel ausgebildet, sondern allgemein als torische Spiegel, denn man kann, im allgemeinen annehmen, daß die Lichtquelle (oder Lichtquellen) S1 (und S2) in einer Richtung senkrecht zur Papierebene in Mg₀ 3 ziemlich langgestreckt sind, während sie im .Querschnitt (d.h. in der Ebene der Fig. 3) ziemlich schmal oder dünn sind (d.h. zweidimensional punktförmig). Abhängig von der genauen Geometrie der Achsen des Strahlungsbündels, das auf diese verschiedenen Hohlspiegel (oder andere das Licht sammelnden optischen Körpern) fällt und von diesen reflektiert wird, werden einige (z.B. bei 01) oder alle als achsenentfernte (toroide ausgebildet sein, was im einzelnen von dem genauen optischen Aufbau des Systems bestimmt wird. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die genauen Einzelheiten der Optik zur rechten Hand des Punktes 15 in Pig. 3 nicht notwendig irgendwelche Merkmale der hier beanspruchten Erfindung aufweisen.

Die von diesem zuletzt erwähnten Punkt 15 ausgehende Strahlung wird durch ein Paar monochromatischer Bingangsspalte ES begrenzt, die in ihrer "Breite»* (d.h. im allgemeinen in senkrechter Richtung der Pig. 3) verstellbar und in an sich bekannter Weise ausgebildet sind; durch diesen Spalt hindurch tritt die Strahlung in den Monochromator ein (d.h. in die Bauteile, die in der Pig. 3 praktisch links von dem Eintrittsspalt ES liegen), und zwar in Gestalt eines (variabel) in seiner Breite beschränkten Eintrittsbündels

109825/1271

EB. Dieses (vom Punkt 15 her divergierende) Einfallsbündel EB wird durch einen weiteren (an seiner Yorderflache verspiegelten) Planspiegel P7 umgelenkt, so daß das umgelenkte Einfallsbündel RE entsteht, das allgemein zu dem primären Kollimations- und Fokussierungsspiegel MM des Monochromators hin gerichtet ist. Dieser Monochromatorspiegel (MM) sammelt das auffallende licht vorzugsweise so (d.h. seine Brennweite ist so gewählt), daß der zugehörige "Gegenstand" 15 sich in seiner ersten Hauptebene befindet; aus diesem Grunde wird der umgelenkte Einfallsstrahl RE nach Auffall (im allgemeinen auf der rechten Hälfte in Pig. 3) auf den Monochromatorspiegel in Form eines reflektierten und gesammelten Strahles RC konvergieren. Dieser Kollimationsstrahl RC fällt anschließend auf eines der Beugungsgitter, daß sich in seiner "Betriebsstellung" befindet, nämlich OG.

Es ist auf dem Gebiet der Spektroskopie wohlbekannt, daß ein Beugungsgitter (z.B. ein reflektierendes Beugungsgitter von der Art, wie es in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird) die einfallende "weisse" Strahlung durch unterschiedliche Beugungswinkel für jede spektrale Komponente (d.h. für jede Spektrallinie oder für jeden engen Spektralbereich) in ihre spektralen Komponenten zerlegt. In dem speziellen Fall, daß (wie in dem Ausführungsbeispiel) eine Kollimationsstrahlung (d.h. eine Strahlung, deren Strahlen parallel zueinander verlaufen) einfällt, wird diese Strahlung in einer bestimmten "Ordnung" (z.B. in der ersten Ordnung) durch das (ebene und reflektierende) Beugungsgitter in eine (theoretisch unendliche) Reihe von parallelen oder Kollimationsstrahlen zerlegt, deren jede einen anderen Beugungswinkel (gemessen zwischen der auf der Gitteroberfläche errichteten Normalen und der Richtung, unter der jeder Parallelstrahlen das Gitter verläßt) besitzt. Da das Gitter um seine wirksame

109825/1271 - 33 -

Beugungsflache, und zwar um eine parallel zu d en linearen Elementen des Beugungsgitters verlaufende Achse, drehbar angeordnet ist, die in der Pig. 3 schematisch als die Gitter (Dreh-)achse GA angedeutet ist, verläßt das Beugungsgitter bei einem bestimmten Beugungswinkel nur ein bestimmtes, im wesentlichen monochromatisches, parallelgerichtetes oder Kollimationsstrahlenbündel MO (das nur aus einer Strahlung einer einzigen Wellenzahl oder einer solcher aus einem sehr engen Wellenzahlenbereich besteht), wobei der Beugungswinkel durch die Richtung des Idchtbündels angezeigt wird. Selbstverständlich existieren zu federn der verschiedenen Beugungswinkel andere monochromatische und parallelgerichtete Strahlenbündel (theoretisch eine unendliche Anzahl) mit den zugehörigen unterschiedlichen Wellenzahlen (nicht gezeigt). In der Abbildung ist nur ein bestimmter monochromatischer Kollimationsstrahl MC gezeigt, der das Gitter unter einem solchen Beugungswinkel verläßt, daß er letztlich den Ausgangsspalt (XS) des Monochromators erreicht und durch denselben hindurchtritt (nachdem das Bündel durch den primären Monochromatorspiegel MM zu einem neuen konvergierenden monochromatischen Bündel PM fokussiert wurde und von einem weiteren Hilfsplanspiegel P8 als der monochromatische Strahl RM reflektiert wurde).

Pur den Pail, daß das Beugungsgitter (und insbesondere durch das in seiner Betriebsstellung bei OG befindliche Beugungsgitter) nur die Strahlung in einer einzigen Ordnung beugt, z.B. nur in der ersten Ordnung, und, daß der Austrittsspalt XS ziemlich eng ist, tritt

109825/1271

205R112

praktisch nur Strahlung von im wesentlichen einer einzigen Wellenzahl (praktisch gesehen, von einem sehr engen Wellenzahlenbereich) durch den Austrittsspalt. In der Praxis werden jedoch durch die Beugungsgitter auch dann andere "Ordnungen" von gebeugter Strahlung erzeugt, von denen eine ,oder mehrere ("Harmonische" oder "Ordnungen" von Wellenzahlen) unterschiedlicher (z.B. zweiter oder dritter) Ordnung dem gleichen Strahlengang folgen wie die gewünschte monochromatische Strahlung (MO, FM, RM), auch wenn solche Gitter "eingebrannt" sind, wodurch sie nur über einen geringen Winkel- oder Wellenzahlenbereich besonders wirksam sind (also z.B. besonders wirksam in einer bestimmten, z.B. der ersten, Ordnung), so daß der größte Teil der gebeugten Strahlung sich auf die gewünschte bestimmte "Ordnung" konzentriert. Aus diesem Grunde sind weitere Mittel erforderlich, um solche anderen Ordnungen (von völlig anderer Wellenzahl oder Wellenlänge) der Strahlung entweder vor oder hinter dem Austrittsspalt XS abzutrennen. Beim Ausführungsbeispiel ist dafür eine Reihe von Filtern vorgesehen, die auf einer Filterscheibe FW angeordnet sind. Vorzugsweise ist dabei die Zahl der Filter größer als die Zahl der Gitter (GH, G2, G3 etc. in Fig. 3), wodurch sichergestellt ist, daß die spektrale Bandbreite jedes Filters (die notwendigerweise nicht größer sein darf als der gesamte Spektralbereich, der von einem bestimmten Gitter überstrichen wird) wenigstens etwas größer ist als der Teil des Spektralbereiches eines bestimmten Gitters, mit dem gerade dieses Filter OF verwendet werden soll. Dadurch wird erreicht, daß die Filter in diesem Teil des von dem bestimmten (Jitters abgebeugten Spektralbereiches die Strahlung nur unwesentlich dämpfen, während sie gleichzeitig in der Abtrennung der "Ordnungen" außerordentlich wirksam sind. In dem Ausführungsbeispiel (wie nachstehend noch erläutert wird) werden für jedes Gitter zwei Filter

109825/1271 - 35 -

verwendet (so daß ein Instrument mit sieben Beugungsgittern vierzehn Filter zur Abtrennung der Ordnungen benötigt). Die Filterscheibe FW wird um ihre Achse gedreht, die in Pig. 3 schematisch mit PA bezeichnet ist, wobei die Drehung stufenweise erfolgt und so unterschiedliche Filter in der gewünschten Weise in die Betriebsstellung OP gebracht werden (dies geschieht jedesmal, wenn ein neues Gitter in die Betriebsstellung OG gebracht wird, und jedesmal, wenn dieses Gitter etwa bis zur Mitte seines nutzbaren Bereiches (in Wellenzahlen) gedreht wird). Wegen der "Ordnungstrennenden" Eigenschaften dieser Filter mit ziemlich enger spektraler Bandbreite wird die Strahlung "falscher" Ordnung oder werden die Harmonischen der gewünschten Wellenzahl praktisch vollständig entfernt? aus diesem Grunde ist auch die Strahlung hinter der Filterscheibe "monochromatisch" (d.h. enthält nur Strahlung über einen sehr schmalen Spektralbereich und keine andere), so daß dieser Strahl als "wahrhaft monochromatisch" bezeichnet werden kann (TM in Fig. 3).

In dem Ausführungsbeispiel des Spektralphotometers mit dem erfindungsgemäßen selbsttätigen Abtastmonochromator wird ein Paar unterschiedlicher Strahlungsdetektoren gezeigt, hauptsächlich um zu unterstreichen, daß der erfindungsgemäße Monochromator über einen so großen (z.B. Infrarot) Spektralbereicti benutzt werden kann, daß zur Zeit kein einzelner Detektor zur Verfügung steht, der über diesen großen Spektralbereich eine praktisch hinreichend hohe Ansprechbarkeit für Strahlung besitzt, insbesondere in den beiden Grenzgebieten des gesamten Spektralbereiches, in denen der erfindungsgemäße Monochromator noch genau arbeitet. So wird Über den größten Spektralbereich (im Falle von Infrarotstrahlung) ein ^auptdetektor verwendet, der im wesentlichen in üblicher Weise auf thermische Belastung anspricht (z.B. ein Bolometer, wie es schematisch

1 0 9 8 7 S / 1 ? 7 1

bei B gezeigt ist); am anderen Ende des Spektralbereiches (d.h.. im relativ langwelligen oder fernen Infrarot, im Bereich oberhalb 70 u oder im Wellenzahlenbereich unterhalb von etwa 140) ist ein spezieller Detektor SD notwendig (z.Bo ein Detektor für das langwellige Infrarot vom Typ eines "Golay-Detektors", vgl. USA-Patent 2 557 096).

In der Einleitung wurde bereits die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Gerätes allgemein beschrieben und weiter unten folgt eine mehr spezifische Beschreibung der Betriebsweise im Zusammenhang mit dem in den übrigen Abbildungen dargestellten Aufbau des Gerätes,, Trotzdem wird an dieser Stelle zum besseren Verständnis der spezifischeren Wirkung der verschiedenen optischen, mechanischen und elektrischen Teile und ihrer Zusammenwirkung, die im folgenden vollständig beschrieben werden, eine kurze Zusammenfassung der optischen Punktionsweise gegeben. Die Strahlung von der jeweilig verwendeten Lichtquelle (S1, S2) wird mit Hilfe des ersten Spiegels C1 (der je nach der verwendeten Lichtquelle in die eine oder andere Stellung maximaler Wirksamkeit gedreht ist) im ersten Bild 11 der jeweiligen Lichtquelle gesammelt oder kondensiert. Ein weiteres Bild dieser Lichtquelle wird an dem Punkt 12 durch den fokussierenden Spiegel P1 erzeugt (in der folgenden Beschreibung werden die verschiedenen Planapiegel, z.Bo P1, P2, vernachlässigt, da ihre Hauptaufgabe nur darin besteht, die Strahlenbündel optisch βο umzulenken, daß die Dimension eines Gerätes, das einen Strahlengang nach Art der Fig. 3 aufweist, hinreichend klein bleibt). Die Aufgabe des achsenentfernten Toroidspiegels M3 besteht hauptsächlich darin, die Gesamtintensität der einfallenden bzw. reflektierten (R2)

- 37 109875/1271

Strahlenbündel zu erhalten. Der erste oder Trennzerhacker CH1, wie auf diesem Gebiet bekannt ist und z.B. in der oben genannten britischen Patentschrift 1 157 und der entsprechenden USA-Anmeldung beschrieben ist, . zerlegt das von der Lichtquelle ausgehende Strahlenbündel R2 in zwei zeitlieh miteinander abwechselnde Strahlenbündel, nämlich das durchgelassene Strahlenbündel TR und das reflektierte Strahlenbündel RE, und zwar in dem Maße, wie die verschiedenen durchlässigen und reflektierenden Teile (das sind Sektoren) der rotierenden Zerhackerscheibe CD das Strahlenbündel R2 durchschneiden. Durch die entsprechenden fokussierenden Spiegel FP und PR wird jedes dieser zeitversetzten Bündel in der Weise gesammelt, daß die konvergierenden Bündel TR1 und RR1 bei IT bzw. IR die lichtquelle abbilden.

Allein aus Gründen der Eindeutigkeit der Beschreibung sei angenommen, daß der Strahlengang für den durchgelassenen Strahl (d.h. TR, TRT, IT, TR2 usw.) und die zugehörigen optischen Bauteile (PT, PT, ST2 usw.) dasjenige Bündel betrifft, das an der tatsächlich zu analysierenden Probe vorbeigeht und in einem spektroskopischen Zweistrahlgerät den sogenannten Referenzstrahl bildet (wie auch insbesondere bei dem Zweistrahl-Absorptionsspektral photometer im Ausführungsbeispiel). So ist angenommen, daß die zu untersuchende Probe (typischerweise in einer üblichen Küvette) in der allgemeinen Umgebung dee Punktes 26 in den unteren Strahlengang (RR1 usw.) eingeführt wird, während der entsprechende obere Strahlengang (TR1 usw.) in der Umgebung des Punktes 28 eine "Yergleiohaküvette" aufweist, die keine zu untersuchende Probe enthält und andererseits identisch zu der Probenküvette in der

1G982S/1271

Umgebung von 26 im unteren Strahl ausgebildet ist} mit anderen Worten, die Vergleichsküvette - soweit sie benutzt wird - ist typischerweise mit der Probenküvette identisch in ihrem Aufbau und enthält, wenn überhaupt, das gleiche lösungsmittel, das, im Falle,- daß die Probe in einem Lösungsmittel aufgelöst wurde, tatsächlich die untersuchte Probe enthält, wie es bei der üblichen spektrometrischen Analyse oft geschieht. Es handä.t sich hierbei natürlich nur um die Erörterung eines Beispiels, denn die zu untersuchende Probe kann natürlich auch gasförmig oder fest (und nicht gelöst) sein. So wird im allgemeinen der Vergleichsstrahl immer den gleichen, auch für die Probe verwendeten Probenbehälter aufweisen und zusätzlich (falls dies in der Praxis durchführbar ist) alles andere umgebende Material, das selbst nicht analysiert wird (z.B. falls das zu untersuchende Probenmaterial mit einer anderen, nicht zu untersuchenden Substanz gemischt ist, wird im Vergleichsstrahlengang eine ähnlich Küvette angeordnet, die nur die nicht zu analysierende und den "Untergrund" bildende Substanz enthält). Wird das Gerät z.B. zur Bestimmung von Luftverunreinigungen verwendet, so wird die Vergleichsküvette vorzugsweise reine Luft enthaltene

Die beiden zeitlich gegeneinander versetzten Strahlenbündel 0}R2 bzw. RR2 durchsetz-en die eigentliche Probe und die Vergleichsprobe bei 26 bzw, 28 und werden anschließend durch die weiteren Spiegel FS2 und WRZ erneut in der Weise fokussiert, daß sie als konvergierende Bündel TR4 und RR4- auf die gegenüberliegenden

109825/1271

- 59 -

Seiten einer zweiten oder Rekombinationszerhackerscheibe CD2 fallen, die in der in der Spektralphötometrie bekannten Weise (vgl· die vollständige Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines solchen Zerhackers in der oben genannten britischen Patentschrift und der entsprechenden USA-Anmeldung) die beiden zeitlich gegeneinander versetzten Strahlenbündel zu einem einzigen kombinierten und am Bildpunkt 14 fokussierten Strahlenbündel vereinigt. Der Spiegel M4 ist vorzugsweise als ein achsenentfernter Toroidspiegel ausgebildet, der ein mit nur geringen Energieverlusten wirkendes optisches Element darstellt (d.h. analog zu einem Kollektor in einem optischen Linsensystem wirkt) wie auch der vorher beschriebene Spiegel M3. '

Die besondere Ausbildung von M4 und auch die Form der anderen verschiedenen Hohlspiegel stellen keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Jedoch soll hier lediglich zur Vervollständigung und VerdeutLiehung der Beschreibung erwähnt werden, daß die bereits beschriebenen nichtplanaren Spiegel (die vom Anmelder der vorliegenden Erfindung in Kürze in die im Handel befindliehen Geräte eingebaut sein werden) die folgenden optischen Eigenschaften besitzen. Der (der I»ichtq.uelle zugeordnete) Kondensorspiegel 01 kann als ein achsenentferntes (20 ) Toroid mit einer Brennweite von z.B. 87 mm ausgebildet sein; der erste fokussierende Spiegel 3?1 kann als ein ähnlich achsenentferntes (20°) Toroid mit einer Brennweite von z.B. 150 mm ausgebildet sein} der Kollektorspiegel M3 nahe dem Zerhacker (CH1) kann als ein achsenentferntes (30°) Toroid mit einer Brennweite von 75 mm ausgebildet seinj die anderen fokussierenden Spiegel

- 40 .-109825/1271

für den durchgelassenen bzw. reflektierten Strahl (TR und IR) können identische achsenentfernte (30°) Toroide mit einer Brennweite von 150 mm darstellen; die zweiten fokussierenden Spiegel FT2 und PR2 für den durchgelassenen und reflektierten Strahl (TR2 und RR2) nach Durchgang durch die Vergleichs- und Probenküvette können identische achsenentfernte (15°) Toroidspiegel mit einer Brennweite von jeweils 125 mm darstellen; wie bereits erwähnt, ist der das kombinierte Bild 14 aufnehmende Spiegel M4 als ein achsenentferntes (30°) Toroid (mit Kollektorwirkung) mit einer Brennweite von 52,5 mm ausgebildet; das letzte, vor dem Monochromator selbst angeordnete fokussierende Element bei P3 kann ein achsenentferntes (15°) Toroid mit einer Brennweite von 167 mm sein. Der Hauptmonochromatorspiegel MM kann ein (hochvergüteter) sphärischer Spiegel mit einer Brennweite von 500 mm sein, der so angeordnet ist, daß er zusammen mit dem in Betriebsstellung OG befindlichen Gritter einen Monochromator in der Ebert-Anordnung bildet; der die Strahlung sammelnde oder fokussierende Spiegel DM1 für den ersten oder Hauptdetektor (der ein Bolometer, ein Thermoelement oder irgendein anderer infrarotempfindlicher Detektor sein kann, falls das beispielhafte Gerät ein Infrarotspektralphotometer darstellt) ist vorzugsweise als ein (auf der Achse befindlicher) Ellipsoidspiegel ausgebildet; hingegen ist der zweite Detektorspiegel DM2, durch den die Strahlung gesammelt wird uniim wesentlichen auf den Spezialdetektor SD (falls dieser anstatt des anderen in Gebrauch 1st) fokussiert, vorzugsweise als ein spezieller achsenentfernter elliptischer Spiegel ausgebildet, der unter der Bezeichnung "Golay-Ellipse" bekannt geworden ist, falls der spezielle Detektor SD ein Golay-Detektor von

der vorher erwähnten Art ist. Der ebene Umlenkspiegel DD wird für den Fall, daß der spezielle Detektor SD in Gebrauch genommen wird, natürlich in die mit gestrichelten linien gezeigte Stellung gedreht. Da keines dieser optischen Elemente als solches irgendeinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, sind ihre genauen Ausbildungen und insbesondere auch ihre jeweiligen Brennweiten (und gegebenenfalls Achsenorientierungen) lediglich der Vollständigkeit halber und zur Erleichterung des Verständnisses des Aufbaus des beispielhaften optischen Systems des speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben worden, wobei im Zusammenhang damit ein selbsttätiger Abtastmonochromator nach der Erfindung verwendet werden kann.

Ebenfalls wird hier allein zum Zweck der Vollständigkeit der Beschreibung des Ausführungsbeispiels eines Gerätes, in das der Erfindungsgegenstand eingebaut werden kann, erwähnt, daß,im Falle, daß das gesamte Instrument ein Infrarotspektralphotometer darstellen soll (und insbesondere ein Zweistrahl-Absorptionsgerät) , die Lichtquellen S1 und S2 ein Globar und eine Quecksilberlampe (mit kontinuierlicher Emission) sein können, wodurch über einen relativ großen Spektralbereich ein kontinuierliches Spektrum (das in dem Beispiel vom nahen bis zum relativ fernen Infrarot reicht) erzeugt wird? natürlich wird nur jeweils eine der Lichtquellen für jeden der beiden (im mathematischen Sinne) benachbarten Spektralbereiche verwendet, die zusammen den ununterbrochsenen großen Spektralbereich des Instrumentes bilden.

-109825/1271

Da die voraufgegangene Beschreibung des optischen Systems des Gerätes bereits vieles über seine allgemeine Punktion einschließt, sollten an dieser Stelle alle anderen allgemeinen, für den Betrieb des Gerätes charakteristischen Funktionen erwähnt werden, wodurch das Verständnis der anschließend beschriebenen, speziellen Aufbauten erleichtert wird. So ist bereits erklärt worden, wie auch auf dem Gebiet der optischen Spektrometer im allgemeinen gut bekannt ist, daß die Lichtquelle, die ihr unmittelbar zugeordneten optischen Elemente und die beiden Zerhacker GH1 und CH2 (deren Unterbrechungsverhältnis z.B. bei einer Zerhackerfrequenz von 15 bzw. 30 Hertz für die jeweiligen Sektoren 1:2 betragen kann, VgI₀ dazu auch die oben genannte britische Patentschrift und die entsprechende USA-Anmeldung), die verschiedenen paarweise identischen optischen Bauteile in jedem der getrennten Strahlengänge (d.h. die durchgelassenen und reflektierten Bündel oder der Vergleichs- und Probenstrahlengang), sowie die optischen Bauteile in dem vereinigten Strahlengang (d.h. hinter 14) dem Eingangsspalt ES des Monochromators "weisse" Strahlung in der Form einer im wesentlichen alternierenden "Pulsfolge" zuführen, in denen mindestens ein Teil der Intensität der Strahlungsintensität proportional ist, die die Vergleiche- bzw. Probenküvette (28, 26) durchsetzt hat, d.h. eine Komponente enthält, die der relativen Intensität des Strahlenbündels TR2 bzw. RR2 proportional ist. Wie bereits erwähnt, tritt am Ausgangsspalt XS dee Monochromators von dieser breitbandigen "weissen" Strahlung nur die davon abgetrennte Strahlung einer einzigen Wellenzahl

109825/1271

(theoretisch, bzw. in der Praxis nur eine Strählung mit sehr engem Spektralbereich) aus (wobei nicht nur das bei OG in seiner Betriebsstellung befindliche G-itter wirksam ist, sondern auch das Filter, das in seiner Betriebsstellung bei OP die Ordnungen trennt), so daß an dem jeweils verwendeten Detektor (entweder ID oder SD) ein elektrisches Signal erzeugt wird, das aus einer zeitlich gegeneinander versetzten Folge von amplitudenmodulierten, auftrennbaren Komponenten besteht, die (unter anderem) der Intensität der im wesentlichen monochromatischen Strahlung (bei einer speziellen Wellenzahl oder wenigstens in einem sehr engen Spektralbereich) der ursprünglich (in der Intensität) gleichen, die Vergleichs- und Probenküvette (28, 26) durchsetzenden Strahlenbündel relativ proportional sind. Auf diese Weise wird bei dem beispielhaften Gerät, das den Erfindungsgegenstand enthält, durch den Detektor ein Wechselstromsignal erzeugt (das im Idealfall allein aus Rechteckkomponenten besteht, in der Praxis jedoch wegen der begrenzten Bandbreiten und besonders wegen der nur mittleren Ansprechzeiten der Detektoren typischerweise eine davon abweichende Form besitzt), das aus regelmäßig gegeneinander versetzten Komponenten besteht, die die Durchlässigkeit der Probe relativ zu der Blindprobe (in einem Absorptionsgerät) oder irgendeine ähnliche und signifikante optische Eigenschaft der Probe (bei anderen Gerätetypen, in denen ein optischer Monochromator verwendet wird) anzeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel eines Absorptionsspektralphotometers, bei dem in beispielhafter Weise ein selbsttätiger Abtastmonoohromator nach der Erfindung verwendet werden kann, entspricht die Signalform des Detektors im einzelnen und auch die zur Aufspaltung in die signifikanten Komponenten

10982 5/127 1 - 44 -

verwendete Technik (unter Ausschluß der unerwünschten "Untergründe-Strahlung) vollständig der, wie sie in dem oben genannten britischen Patent und entsprechenden USA-Anmeldung beschrieben ist.

In der in der Spektroskopie beikannten Weise wird das jeweils in seiner Betriebsstellung OG befindliche Gitter langsam um eine Achse GA gedreht (zumindesten im wesentlichen in der Ebene und parallel zur Längsachse der Elemente, z.B. Striche, die das Beugungsgitter bilden); dadurch wird die jeweilige, z.B. in Wellenzahlen (oder Wellenlängen) angegebene Frequenz der Strahlung, die den Ausgangsspalt XS erreicht, allmählich über den nutzbaren Bereich des jeweilig in der Betriebsstellung OG befindlichen Gitters verschoben. Bei dem erfindungsgemäßen selbsttätigen Yielfaehgitter-Abtastmonochromator wird jedes der (z.B. sieben) Gitter G1, G2, G3 usw. in typischer Weise in die Betriebsstellung OG gebracht und langsam um die Achse GA gedreht (z.B. mit Hilfe eines Abtastarmes und einer Nockenanordnung, die nachfolgend beschrieben wird); nach der Schwenkung oder Drehung durch den jeweiligen nutzbaren Winkelbereich wird das Gitter aus seiner Betriebsstellung OG durch Drehung der gesamten Gitteranordnung in Richtung des Pfeiles GD herausgedreht, wobei das nachfolgende Gitter in die Betriebsstellung gebracht wird. Dieser Vorgang wird natürlich mit jedem der nächstfolgenden Gitter wiederholt.

Um sicherzustellen, daß nicht mehr als eine "Ordnung" der von dem jeweiligen Gitter gebeugten Strahlung den Ausgangsspalt XS passiert und den Detektor (PD oder

- 45 OBB?S / 1?71

auch SD) erreicht, enthält die oben erwähnte Filterscheibe FW eine Reihe von optischen Filtern mit einer relativ scharfen spektralen Durchlässigkeitsgrenze, wodurch jederzeit alle oberhalb einer bestimmten Frequenz liegenden Strahlung, besonders auch solche mit wenigstens fast um eine volle "Oktave" höherer Frequenz, (z.B. in Wellenzahlen) ausfiltriert wird. Theoretisch könnte dazu auch ein Filter verwendet werden, dessen Grenzwellenzahl geringfügig niedriger liegt als die mit Bezug auf den jeweils verwendeten Wellenzahlenbereich um eine Oktave höhere Wellenzahl (d.h. einer Grenzwellenzahl von z.B. 2x - d, wobei χ eine beliebige Wellenzahl des jeweiligen Gitters darstellt und d eine Zahl ist, die über den gesamten Bereich der jeweils verwendeten Wellenzahlen χ kleiner ist als x)· Jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß ein Filter mit einer nur geringfügig weniger als eine Oktave höher liegenden Grenzwellenzahl in der Nähe seiner eigentlichen Grenzwellenzahl (d.h. in der Nähe von 2x - d) eine nicht ausreichende Filterwirkung besitzt. Um dementsprechend sicherzustellen, daß die verschiedenen Filter zur Abtrennung höherer Ordnungen (wenn sie sich in der Betriebsstellung OF befinden) im wesentlichen keine nennenswerte Strahlungsintensität, die eine Oktave höher liegt als die%renzfrequenz des Filters (Grenzwellenzahl), bei dem kleinsten Wert von χ (besonders bei dem kleinsten Wert von 2x) durchlassen, wird vorzugsweise

10982 5/1271

für jedes Gitter mehr als ein filter verwendet. Wenigstens theoretisch erscheint es denkbar, irgendeine Zahl von Filtern zu verwenden, die größer als die Zahl der eingesetzten Gritter ist. Um jedoch eine möglichst vollständige (oder zumindest . gleichbleibende) Durchlässigkeit für den gesamten Wellenzahlenbereich (bei der gewünschten, z.B. ersten, Ordnung des Gitters), der von dem Filter durchgelassen werden soll, zu erreichen, und um gleichzeitig zu erreichen, daß alle im wesentlichen jenseits dieses Bereiches (d.h. oberhalb der gewünschten Grenzfrequenz) liegenden Frequenzen möglichst vollständig zu unterdrücken, werden vorzugsweise im wesentlichen mehr Filter als Gitter verwendet. Um weiterhin zu erreichen, daß die Steuerung des Wechsels der vielen Filter (und Gitter) auch dann möglichst einfach wird, wenn nicht mechanische Mittel (z.B. eine Programmsteuerung, wie sie später erläutert wird) zur Auslösung der Filter-(und Gitter-)wechsel benutzt werden, wird die Zahl der verwendeten Filter und die Zahl der verwendeten Gitter im Verhältnis zweier relativ kleiner, ganzer Zahlen gewählt (z.B. 2:1, 3:2 usw.). Um zu erreichen, daß über den nutzbaren Bereich eine relativ hohe Filterdurchlässigkeit gewährleistet ist, wie auch eine extrem niedrige Durchlässigkeit außerhalb dieses Bereiches (zur im wesentlichen vollständigen Unterdrückung aller anderen "Ordnungen" der von dem jeweiligen Gitter gebeugten Strahlung) werden in dem beispielhaften selbsttätigen Abtastmonochromator für jedes Gitter zwei Filter verwendet. Inabesondere sind die optischen Grenzfrequenzen jedes Filters so gewählt, daß sie im wesentlichen niedriger sind, als das Doppelte

- 47 -1 0 y S 7 R / 1 ? 11

der !frequenz des jeweilig zugehörigen Unterbereiches des Gitters, aber im wesentlichen größer äis""döppelt so groß sind wie der Frequenzbereich des Gitters, mit dem das jeweilige Filter zusammen benutzt wird, so daß für jeweils etwa eine Hälfte des mit jedem Gitter nutzbaren Spektralbereiches ein anderes Filter verwendet werden muß. So sind bei der rein beispielhaften Ausführungsform mit sieben Beugungsgittern vierzehn Filter mit relativ scharfer Grenzfrequenz vorgesehen, die auf dem Umfang einer (schrittweise) drehbaren Filterscheibe FW angeordnet sind. Entsprechend den weiter unten beschriebenen mechanischen und elektrischen Bauteilen und ihrer Betriebsweise wird die Filterscheibe FW in der Weise in Drehung versetzt, daß etwa in der Mitte des jeweiligen Abtastbereiches (d.h. nahe der mittleren Wellenzahl) jeweils ein neues Filter in die wirksame Filterstellung OF gebracht wird, wenn das zugehörige Gitter in seine Betriebsstellung OG um seine Achse GA gedreht wird. Während die genaue Zahl von Gittern und Filtern dabei keine wesentliche Rolle spielt, stellen die extrem hohe Auflösung, die große monochromatische "Reinheit" und die hohe Ausbeute (d.h. die Abtrennung eines sehr engen Spektralbereiches (in Wellenzahlen) aus der von der Lichtquelle ausgehenden "weissen" Strahlung ohne wesentliche Schwächung) wesentliche Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gerätes dar.

Diese genannten Eigenschaften, die über den gesamten, sehr großen (z.B. über sieben Oktaven reichenden) nutzbaren Spektralbereich des Monochromator und damit des zugehörigen Gerätes vorhanden sind, werden

- 48 -

109825/1271

dadurch bedingt, daß eine relativ große Anzahl von Gittern vorgesehen ist, von denen jedes nur über den Bereich der Ordnung (z.B. der ersten) benutzt wird, für das es "gebrannt" wurde, und, daß eine ausreichend große Zahl von Filtern verwendet wird, die über ihren nutzbaren Bereich eine ziemlich hohe Durchlässigkeit besitzen.

Mg. 2 zeigt, zum Teil in vereinfachter Form, die meisten mechanischen Bestandsteile des Gerätes nach der Erfindung, wobei die in dieser Figur erkennbaren optischen Bauteile (im wesentlichen die, die in Fig. im einzelnen auf der linken Seite dargestellt sind) in beiden Abbildungen ctie gleichen Bezugszeichen tragen, so daß diese, beiden Abbildungen gemeinsamen optischen Bauteile nicht erneut beschrieben werden. In diesem Zusammenhang werden nur die wichtigen mechanischen Bauteile erwähnt. So sind alle Gitter (z.B. G1 bis G7) auf einer einzigen drehbaren Untereinrichtung angeordnet, die im folgenden als Drehtisch oder "Karussel" 30 bezeichnet ist. Das große Bauteil 32 etwa in der Mitte der Abbildung 2 besitzt in der dargestellten Form ein Paar im wesentlichen parallel verlaufender und gegenüberliegender Kanten, während das restliche Kantenpaar im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet ist (s. weiter unten in Fig. 4); es besteht im wesentlichen aus einer starren, festen Platte, die einer großen Fläche (im Ausführungsbeispiel dem Boden) aufliegt und die zwei verwandte, aber verschiedene Nockenflächen aufweist. Wie Fig. 4 zeigt und nachfolgend beschrieben wird, dient jede dieser Nockenflächen zur Bestimmung der Winkelstellung (linear in Wellenzahlen, gegebenenfalls auch linear in Wellenlängen) eines einzigen Abtastarmes oder+-hebeis

für die Gitter, der mit dem gesamten Karussel 30 in Wirkverbindung steht und damit auch mit dem jeweilig in der optischen Betriebsstellung OG befindlichen . Gitter (vgl. Abb. 2, 3 und 4)ο

Der zweite oder Rekombinationszerhacker OH 2 in Fig· (und der erste oder Aufspaltungszerhacker ÖH1 in Fig. 3) stellen kein Teil der vorliegenden Erfindung dar; sie laufen mit konstanter Geschwindigkeit um, z.B. mittels Antrieb durch einen Synchronmotor (©der eines anderen, für konstante Geschwindigkeiten geeigneten AntriebesJ nicht gezeigt), und sind in der Zerhackerfassung CM drehbar gelagerte Zur Einstellung eines bestimmten, bekannten Zerhackerverhältnisses ist jede geeignete Methode verwendbar (z.B. die Kombination eines einzigen (Synchron-)Motors und Antriebs (z.B. durch einen gezähnten Riemen) für beide Zerhacker ÖH1 und CH2). Ein Referenzsignal für den Zerhacker, d.h. ein Signal mit der gleichen Frequenz und einer bekannten, festen Phasenbeziehung zu dem Aufspaltungszerhacker CH1, kann in der an letzter Stelle verwendeten Demodulationseinrichtung zur Trennung der elektrischen Signalkomponenten verwendet werden, die jeweils dadurch entstehen, daß der Detektor einmal die durch die Probe und das andere Mal die durch die Yergleichsküvette fallende Strahlung "sieht", und zwar in der Weise und durch die Mittel, die in dem oben genannten britischen Patent und der zugehörigen USA-Anmeldung offenbart sind. Da die genaue Ausführung des "photometrischen Systems" (d.h. die spezielle Beziehung zwischen dem Aufspaltungszerhacker CH1 und dem Rekombinationszerhacker GH2) kein Teil der vorliegenden Erfindung darstellt, werden hier Einzelheiten, die diese Zerhacker, ihren Antrieb und

- 50 10982 5/1271

die Verarbeitung der elektrischen Detektorsignale (z.B. Demodulationsschaltungen) hier nicht im einzelnen "beschrieben* außerdem sei hier betont, daß ein optisches Zweistrahlgerät, das einen selbsttätigen Abtastmonochromator nach der vorliegenden Erfindung enthält, nicht mit einem photometrischen System der vorgenannten Art ausgerüstet sein muß.

Da weiterhin auch die mit der Lichtquelle verbundene optische Anordnung, die Zerhacker bzw. die optischen Anordnungen zwischen dem Rekombinationszerhacker CH2 und dem Eingangsspalt ES des Monochromators nicht erfindungswesentlich sind, soll die rechte Seite und der mittlere Teil der Fig. 3 lediglich beispielhaft die im Zusammenhang mit einem Spektralphotometer verwendeten Teile darstellen, die mit dem selbsttätigen Hochleistungsabtastmonochromator nach der Erfindung verwendet werden können» Daraus ergibt sich, daß nur die in dem Monochromatorgehäuse 24 (siehe Fig. 2) enthaltenen und anschließend im einzelnen beschriebenen Teile, sowie gewisse Teile der Steuerkomponenten, die im allgemeinen in der Steuereinheit 10 (Fig. 1) enthalten sind, in direkter Beziehung zu der vorliegenden Erfindung stehen. Daher sind auch die in Fig. 2 außerhalb der Konsole 10 und des Gehäuses 24 gezeigten Teile ihrer Art nach nur beispielhaft gezeigt und werden nicht weiter beschrieben; es sei noch darauf hingewiesen, daß mit den durchbrochenen linien in dieser Abbildung eine typische Proben- und Vergleichsküvette angedeutet ist (für den Fall, daß der erfindungsgemäße Monochromator in einem Zweistrahlspektral photometer benutzt wird).

5/1271

Darüberhinaus bilden auch, die Bauteile, die sich unmittelbar in Nachbarschaft zur rechten Wand 25 des Monochromatorgehäuses 24 in der Fig. 2 befinden, als solche ebenfalls keinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind nur der Vollständigkeit halber beispielhaft dargestellt! aus diesem ÜJrunde werden diese Bauteile auch nicht weiter beschrieben, da ihre wichtigen Punktionen bereits im einzelnen im Zusammenhang mit dem optischen Strahlengang (Pig. 3) dargestellt worden sind. In Pig. 2 sind dementsprechend die wichtigeren optischen Bauteile, die sich direkt an der der Lichtquelle zugekehrten Seite des Monochromators, d.h. innerhalb des Gehäuses 24, aber in der Mähe der rechten Wand 25 befinden, lediglich mit den gleichen Bezugszeichen wie in Pig. 3 angedeutet? da auch ihre Befestigung etc. nicht erfindungswesentlich sind, werden diese Bauteile nicht beschrieben. Eine ins Einzelne gehende Beschreibung ist im allgemeinen nur für die Bauteile in der Pig. 2 gegeben, die in hinreichend naher Beziehung zu der vorliegenden Erfindung stehen und daher auch in Fig. 4 und weiteren Abbildungen gezeigt sind. Trotzdem sei erwähnt, daß der IFoeken 33 und der damit zusammenwirkende Mitnehmer 35 an einem Ende des Hebels 37 (die in Pig. 2, aber nicht in Pig. 4 gezeigt sind) eine bevorzugte Ausführung einer im ganzen bekannten (logarithmischen) Nockeneinrichtung zur Steuerung einer Spaltbreite darstellen. Außer der Tatsache, daß die Mittel (z.B. ein Motor mit oder ohne Zahnradgetriebe, die beide nicht gezeigt sind) zum Antrieb des Backens 33 selbst in einer Weise gesteuert

■109825/177

werden, die bisher nicht bekannt war, bilden die Bauteile der itockenspaltsteuerung (33, 35, 37, wobei ein Teil des Arms 37 auch in Pig. 4 gezeigt ist) selbst keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

In einem gewissen Sinne ist die Anwendung einer Filterscheibe FW und von Antriebsmitteln, die schrittweise verschiedene Filter in den optischen Strahlengang einbringen (vgl. Fig. 2, 3, 4), selbst an sich nicht neu, trotzdem betrachtet die Anmelderin die Mittel, mit denen die Zeitsteuerung oder "Programmierung" des schrittweisen Drehantriebs der Filterscheibe FW erfolgt als neu und auch als ein erfindungswesentliches Merkmal des selbsttätigen Abtastmonochromators nach der Erfindung; aus diesem G-runde werden auch der Aufbau mit dem Antriebsmotor 40, der wirksamen Antriebsverbindung 42 zur drehbaren Filterscheibe und besonders die Art und Weise, in der der Motor 40, die Verbindung und die damit verbundenen Bauteile gesteuert werden, in Fig. 4 (und später in Fig. 11) dargestellt und im einzelnen beschrieben. Die weiteren wichtigen Bauteile der Fig. 2, die später nicht mehr im einzelnen im Zusammenhang mit der Fig. 4 (oder den v/eiteren Abbildungen) beschrieben werden, sind der bereits erwähnte Haupt- und Spezialdetektor TD bzw. SD, die zugehörigen fokussierenden Spiegel DM1 bzw. DM2, der bewegliche Detektorumlenkspiegel DD und insbesondere die nur schematisch angegebenen Detektorausgänge für den Haupt- und den Spezialdetektor bei PO bzw, SO» Der Detektorumlenkspiegel DD ist vorzugsweise so angeordnet, daß er von der in Fig. 2 und 3 gezeigten Stellung her in eine andere Stellung gebracht werden kann, in der er sich nicht mehr in dem vom

- 53 -1 0 9 H ? B / 1 *? 7 1

Austrittsspalt XS (und damit auch nicht in dem vom Filter in der Betriebsstellung OP) ausgehenden Strahlengang befindet, so daß die Strahlung den Spezialdetektor SD über den im allgemeinen elliptisch ausgebildeten Detektorspiegel DM2 erreichen kann, wenn dieser Spezialdetektor gebraucht werden soll (d.h.im sehr fernen Infrarot)· Eine solche Bewegung des Detektorumlenkspiegels DD kann entweder von Hand herbeigeführt werden, z.B. mit Hilfe eines flexiblen Kabels, das mit einem von H_an<i betätigbaren Bedienungsknopf bedient wird, aber auch automatisch (z.B. mittels einer kleinen Drehspule oder dem Äquivalent in Gestalt eines Motors mit einem Paar von Begrenzungsschaltern), wobei diese Mittel in der Pig. 2 schematisch mit DR angedeutet sind, durch die der Detektorumlenkspiegel DD im Uhrzeigersinn um die Achse DA gedreht wird und z.B. in die mit durchbrochenen Linien gezeigte Stellung gebracht wird. In der Normalstellung, wie sie in der Pig. mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, erhält natürlich der Hauptdetektor PD die aus dem Austrittsspalt XS des Monochromators fallende monochromatische Strahlung; dagegen fällt diese Strahlung auf den Spezialdetektor SD, wenn der Detektorumlenkspiegel DD in seine zurückgezogene Stellung (im Uhrzeigersinn) verdreht ist, vgl. die gebrochenen Linien in Pig. 2. Daher wird über den größten Teil der Zeit der Hauptdetektor PD Strahlung empfangen und über seinen bei PO schematisch dargestellten Ausgang ein elektrisches Signal liefern, jedoch wird unter besonderen

- 54 -

109825/1271

Umständen (d.h. im extrem langwelligen Infrarot), nämlich, wenn der Spiegel DD in der mit durchbrochenen Linien angedeuteten, zurückgezogenen Stellung ist, der Spezialdetektor SD die Strahlung empfangen und über seinen schematisch bei SO angedeuteten Ausgang ein proportionales elektrisches Signal liefern.

Pig. 4 zeigt im einzelnen die Bauteile der Einrichtung zur Lichtbrechung, nämlich eine Vielzahl (z.B. sieben) von Beugungsgittern auf dem dazugehörigen Drehtisch 30? der Wellenzahlenabtastarm 34 > mit dem jeweils ein Gitter in seiner Betriebsstellung OG gsöreht wird} die beiden Nockenflachen zur Bewegung dieses Abtastarmea mittels seines Mitnehmers 36, nämlich eine große, außenseitige Fläche 44 und eine kleinere, im wesentlichen konzentrisch angeordnete Nockenfläche 46, die beide starr an der unteren großen Fläche des im allgemeinen plattenförmig ausgebildeten Nockens 32 ausgebildet sind? die Filterscheibe FWj schließlich auch wenigstens teilweise die drei getrennten Antriebsmittel für den Gitterdrehtisch, den Wellenzahlenabtastarm und den Filterseheibenantriebsmotor (40);in diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Nockenwelle CA (die in Fig. 2 und Fig. 4 nur allgemein angedeutet ist), sowie auch die entsprechende Drehtischwelle TA (in Fig. 2 und 4) in Präzisionskugellagern niedriger Reibung gelagert sind, wie man der Fig. 5 (bzw. hinsichtlich der Nockenwelle auch der Fig. 6) entnehmen kann. Her Einsatz solcher Präzisionslager niedriger Reibung stellt einen wesentlichen Anteil an der Präzision dir·

- 55 -

109825/12 71

mit der der erfindungsgemäße selbsttätige Abtastmonochromator arbeitet. Da jedoch Kugellager an sich natürlich bekannt sind, und ihr Zusammenbau mit den Wellen oder Drehzapfen des Gitterdrehtisches 30 und der Bockenplatte 32 lediglich, wenn auch sehr gute, handwerkliche Fähigkeiten verlangt, da ferner ihr genauer Aufbau aus den ins einzelne gehenden Abbildungen (siehe Fig. 5) leicht zugänglich ist, werden die einzelnen Elemente dieser Präzisionslager nicht spezifisch beschrieben, sondern nur die !Teile (und ihre Wirkungsweise), die in diesen lagern gelagert sind. Die Hauptteile des Monochromators werden im folgenden nacheinander beschrieben, nämlich der Gitterdrehtisch oder das Karussel 30,' die Ubekenplatte 32 mit den beiden damit verbundenen unterschiedliehen Sockenflächen 44 und 46, der Abtastarm 34 und die Art und Weise, in der sein ^.tnehmer 36 einer der ITockenflachen anliegt und andererseits den gesamten Gitterdrehtisch in der Weise bewegt, daß das jeweilige in der Betriebsstellung OGr befindliche Gitter um die Gitterachse GA gedreht wird, und gleichzeitig auch die Filterscheibe FW, die einzelnen Antriebsmittel für jede dieser Einrichtungen, sowie die mechanischen und elektrischen Wirkverbindungen, die zwischen diesen verschiedenen Einrichtungen und Bauteilen bestehen.

Gitterdrehtisch: Wie man am besten den Abbildungen

4 und 5 entnehmen kann, besteht das Hauptbauteil des Gitterdrehtisches oder Karussels 30 aus einem im allgemeinen (oben offenen) zylinderförmigen Einzelgußstück 50 mit einer direkt damit verbundenen Nabe 52 (vgl. Fig. 5)· Vorzugsweise weist dieses aus einem

- 56 1098 7S/1271

Stück bestellende Bauteil 50, 52 Ausnehmungen oder Löcher auf, wodurch sein Gesamtgewicht und damit seine Massenträgheit yermindert wird (vgl. z.B. 54 in Pig. 4 und 56 in Pig. 5). Die Nabe 52 und daher auch das gesamte Hauptbauteil 50 des Drehtisches 30 ist mit großer Genauigkeit starr (aber so, daß ein Auseinanderbau möglich ist) mit der Hauptgitterdrehtischwelle 51 (die als Drehtischachse TA wirkt) verbunden, und zwar mittels eines auf der Welle 51 befindlichen Gewindes und einer üblichen abnehmbaren Mutter 55. Die Welle 51 ist in oberen und unteren Kugellagern 57 und 59 an einem starren und (relativ zur Welle TA) nicht drehbaren oder feststehenden und im allgemeinen zylindrischen Nabenglied 61 gelagert, das selbst starr mit der Hauptplatte 63 verbunden ist (von der es ein Teil darstellt).

Die Gitterdrehtischnabe 52 weist an ihrem unteren Ende ein zurücktretendes Schulterteil 58 auf, das starr mit einem ziemlich großen Antriebszahnrad 60 verbunden ist, so daß die Drehung des Antriebsrades 60 die Drehung des gesamten Gitterdrehtisches oder Karussels 50, 30 bewirkt. Das Zahnrad 60 befindet sich im Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 62, von dem es auch angetrieben wird, welches selbst mit dem oberen Ende (65) starr mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden, zentralen Antriebswelle 64 verbunden ist, die ihrerseits in Oilite-Iagern innerhalb eines feststehenden äußeren Gelenkrohres oder Lagerbuchse 94 gelagert ist. Das untere Ende der Antriebszwischenwelle 64 ist starr mit einem Antriebskegelrad 66 verbunden, das seinerseits von einem Antriebskegelrad 68 angetrieben wird (vgl. Pig. 5 und 9). Wie man am besten an Hand

1 0 9 ii ? R/1 ? 7 1

der Abbildung 9 erkennt, ist das Antriebskegelrad starr mit einer Welle 70 verbunden, die in einer Buchse 71 gelagert ist, welche selbst wiederumvon den nach unten verlaufenden Teilen 72 eines Tragarms oder Teilrahmens 74 getragen wird, der mit der Haupttragplatte oder einem anderen starren Träger 76 durch Gewindebolzen oder Schrauben 75 verbunden ist. Die Welle 70 (und damit auch die Kegelräder 68 und 66, die Welle 64, die Zahnräder 62 und 60 und somit auch der Gitterdrehtisch oder Karussel 30 selbst) wird durch den Motor angetrieben, und zwar im speziellen durch dessen Ausgangswelle 82 über eine lösbare Kupplung 84. Zur lösbaren Kupplung der Ausgangs- oder Antriebswelle 82 des Motors mit der Welle 70 ist jede Art von Kupplung 84 geeignet (bevorzugt eine elektromagnetische Kupplung), deren Einzelheiten nicht gezeigt sind. Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Gitterdrehtischoder Karusselantriebsmechanismus und insbesondere der Art und Weise, in der das Gitterkarussel in eine der (sieben) Winkelstellungen bewegt wird, wodurch ein bestimmtes Gitter in seine optische Wirkstellung OG (vgl. Pig. 2 bis 5) gebracht wird, sei angenommen, daß die Kupplung 84 elektrisch betätigt wird, wobei das bei 86 gezeigte Kabel ein stromführendes elektrisches Kabel ist, das bei 87 mit einen (einer der) entsprechenden Stromzuführungen 88 für den Motor 80 verbunden ist, so daß eine einzige Stromzuführung 90 gleichzeitig den Motor und die Kupplung versorgt. Wird demnach der gemeinsame stromführende leiter 90 mit einer Spannungsquelle verbunden, so werden sowohl der Motor als auch die Kupplung gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt;

1093?fi/1?71

in ähnlicher Weise wird bei Öffnung des stromzuführenden Kreises mit dem gemeinsamen Eingang 90 die Energieversorgung unterbrochen (d.h„ der Motor angehalten und die Kupplung gelöst» d₃h. die Verbindung zwischen den Wellen 82 und 70 unterbrochen). Auf diese Weise wird jeder (trägheitsbedingte) Nachlauf des Motors und ein dementsprechendes Nachziehen der Welle 70 (wenn der Motor anhält), wodurch das Verhalten des Gitterdrehtisches stark beeinflußt wird, ausgeschaltet, da die Kupplung 84 die Motorwelle 82 von den Elementen löst, die indirekt mit dem Gitterdrehtisch oder Karussel verbunden sind, und zwar sobald die Energiezuführung zur Kupplung unterbrochen wird (natürlich kann der Kupplungsmechanismus auch im umgekehrten Sinne ausgewählt nein, so daß die Wellen uni 70 nur dann gekoppelt sind, wenn die Kupplung nicht mit Strom versorgt wird, jedoch wird dadurch die eigentliche Funktionsweise der Kupplung nicht beeinflußt).

Wie Abbildungen 5 und 9 zeigen, bildet die Welle einen Teil der Antriebsverbindung zwischen dem Gitterweshselmotor 80 und dem Gitterdrehtisch 30 (d.h. dem Hauptbauteil 50 des Drehtisches, der seinerseits an seinem Umfang die Gitter z.B. G1 bis G7 trägt) und ist von einer davon getrennt drehbaren Hohlwelle 94 umgeben, die starr mit einer konisch sich verjüngenden Hohlnabe 96 verbunden ist (und ein Teil davon bildet), welche starr an einem verdickten Teil 76' der unteren Haupttrageplatte 76 mittels einer Mutter 97 befestigt ist. Die Hohlwelle 94 trägt den darauf drehbar angeordneten Wellenzahlenabtastarm

1 09825/ 1271

(siehe Pig«, 4 und 5) mittels oberer und unterer Kugel- lager 67, 69, die eine Drehung des herabhängenden zylindrischen Teils 34* (bzw. 400) erlauben, der starr mit dem Abtastarm 34 verbunden ist (und einen !Teil davon darstellt). Wie vorher bereits im Zusammenhang mit der Abbildung 4 erwähnt wurde, stehen die gegenüberliegenden Enden des Wellenzahlenabtastarmes an einem Ende (durch den Mitnehmer 36) mit einer der Nockenflachen 44, 46 des Nockens 32 und am anderen Ende mit dem Gitterkarussel (über den Teil 34' und die Bauteile und 61) in der Weise in Wirkverbindung, daß das in Betriebsstellung befindliche Gitter (in Pig. 4 und befindet sich das Gitter G1 in der gezeigten Stellung des Gitterkärussels 30, 50 in dieser Stellung) geschwenkt werden kann. Bevor im einzelnen die Art und Weise beschrieben wird, in der der Abtastarm 34 an seinem anderen (rechten) Ende mit einer der Steuerflächen des Nockens 32 zusammenwirkt (vgl. Pig. 4, 5 und 6) wird zunächst beschrieben, wie das Hauptantriebselement des Abtastarmes, nämlich der locken 32 und die versehiedenen^mit ihm verbundenen Teile drehbar angeordnet und angetrieben sind. Dementsprechend wird zunächst die Noekeneinrichtung im Zusammenhang mit der Pig. 4 und der mehr ins Einzelne gehenden Darstellung in Fig. 5 und die in Pig. 10 gezeigte Antrieb sverbindung beschrieben,,

(Wellenzahlen) Nockenantrieb: Wie man am besten der Pig. 5 entnimmt, ist die plattenartige Nockenscheibe 32 drehbar gelagert, und zwar mittels einer lösbaren Befestigung am oberen Ende einer drehbaren Trägerwelle 100,,deren oberes Ende einen Gewindeteil 93 aufweist und eine übliche damit zusammenwirkende

- 60 109825/1?71

Mutter 95 (entsprechend den üblichen Befestigungsmitteln, auch für die Gitterwelle bei 53, 55 unter Zwischenlage einer Unterlegscheibe oder auch eines Federringes, die ohne Bezugszeichen gezeigt sind). Vorzugsweise sind die Öffnungen 97 in der Nockenscheibe 34 und das darin eingepaßte obere Ende 99 der Welle 100 mit komplementären Verjüngungen ausgebildet, um eine präzise Zentrierung der Nockenscheibe 32 zur Welle 100 sicherzustellen. Die Welle 100 wird in Präzisionslagern 97, 99 relativ zu dem im allgemeinen zylindrisch ausgebildeten, feststehenden Träger 102 drehbar gelagert, der seinerseits starr mit der Haupttrageplatte 76 verbunden ist (und damit einen Teil bildet). Die drehbare, die Nockenscheibe tragende Welle 100 weist eine damit starr (mittels eines Abstandsstückes 103 und einer Mutter 105) verbundene (unterhalb der Trageplatte 76 befindliche) Antriebsschraube 106 auf. Dieses wird durch den Schraubenradantrieb 110 angetrieben, dessen Haupt (Antriebs-)teile die Endlosschraube 108 (vgl. Pig. 5 und 10) ist. Wieman am besten der Fig. 10 entnimmt, ist die Endlosschraube 108 (mittels eines nicht gezeigten Stiftes o.a.) nicht drehbar mit der Hauptantriebswelle 112 verbunden, so daß bei Drehung der Welle 112 die Endlosschraube 108 das Rad 106 (mit einer sehr viel kleineren Winkelgeschwindigkeit) in Drehbewegung versetzt und damit auch die Nockenwelle 100 und die Hauptnockenscheibe 32. Die Welle 112 kann mit irgendeinem üblichen (vorzugsweise im Übersetzungsverhältnis einstellbaren) Übersetzungsmittel angetrieben werden, wie es allgemein bei

- 61 1 0 98 ? B / 1 ?71

114 gezeigt ist, welches wiederum selbst von einem (nicht gezeigten) Elektromotor, vorzugsweise einem Schrittmotor, angetrieben wird. Insbesondere wird durch die Ausgangswelle 116 des (einstellbaren) Getriebes 114 (das aus einem üblichen Zahnradgetriebe bestehen kann) die Antriebswelle 112 der Endlossehraube mittels üblicher Riemenscheiben 118, 120, die durch einen Riemen 122 verbunden sind, angetrieben werden.

Da die Genauigkeit der Winkelstellung der Hockenscheibe 32, wie später noch gezeigt werden wird, durch die Wellenzahlanzeige des Monoehromators bestimmt wird und nur durch die Genauigkeit, mit der die Welle 112 und die zwischen dieser Welle und der Nockenscheibe 32 angeordneten Elemente (d.h. 100, 106 und 108 von den bisher beschriebenen) gearbeitet sind und arbeiten, spielt die Ausführung des Getriebes 114, also sein innerer Aufbau z.B. in Gestalt eines einstellbaren Zahnradgetriebes, und nicht einmal die der verbindenden Bauteile 116 bis 122 keine besondere Rolle und bildet auch in keiner Weise ein besonderes Teil des präzisen Nockenscheibenantriebes für die Präzision und Genauigkeit in der Winkeleinstellung der Nockenscheibe 32 (des gleichen nicht für die des Abtastarmes 34 und des Gitters, mit dem dieser Arm verbunden ist) in Bezug auf die Wellenzahlanzeige, die später noch beschrieben wird. Da andererseits alle Bauteile, die mit der Nockenscheibe 32 verbunden sind und (in mechanischem Sinne) von dieser weniger entfernt sind ale die Welle 112,die Genauigkeit der Wellenzahlanzeige beeinflussen

(besonders in Bezug auf die Winkelstellung der Nockenscheibe 32, des Abtastarmes 34 unä des Schwenkwinkels des in Betriebsstellung befindlichen Gitters um seine Achse), müssen alle diese Elemente im wesentlichen frei yon Fehlern oder "Spiel" (z.B„ Leergang) sein. Aus diesem Grunde ist bei der Endlosschraube 108 eine Federbelastung der zugehörigen Lager 132 und H2 vorgesehen» Insbesondere wird durch eine Feder 126 das auf der rechten Seite befindliche Lager 132 mittels der über die Endlosschraube 108 und das Präzisionaabstandsstück 128 übertragenen Kraft nach rechts gedrückt. Das Lager 132 wird dabei präzise in einem starren Hauptgehäuse oder einem Trägerteil 140 des Antriebes 110 gehaltert (wobei das Gehäuse 140 selbst durch Feststellstifte 136 und 138 genau gehaltert ist)ο Ein Präzisionslager niedriger Reibung auf der linken Seite ist allgemein bei 142 dargestellt und ist praktisch identisch ("Spiegelbildlich") zu dem Lager 132 (einschließlich der Kugeln 130) und wird in ähnlicher Weise durch eine Feder 126 belastete Um jedoch jede Möglichkeit eines Leerganges klein zu halten oder im wesentlichen auszuschließen, wird eine zweite Endlosschraube 148 (im allgemeinen identisch mit der Endlosschraube 108) mit der Welle 112 über ein Paar von Kegelrädern 152 (starr an der Welle 112) und 154 verbunden, welch letzteres der Welle 156 starr anliegt, mit der die zweite Endlosschraube 148 mittels eines in einen Schlitz in der Nabe 160, die starr mit der Endlosschraube 148 verbunden ist oder einen Teil von ihr bildet, eingreifenden Stiftes 158 verkeilt ist. Dabei werden die gerannte Wabe und die Hilfsendlosschraube (160* 148) ar. -, i. * einer Feder 162 gegen den Stift 155 gedrückt, wobei

$AD ORIGINAL

die Feder einem Federteller 164 anliegt, der mit dem unteren Ende der Welle 156 (z.B. mittels eines Stiftes 166) starr verbunden ist. Dadurch wird bewirkt, daß die Feder 126 an der Welle 112 die. Lager 132 und 142 in der Weise vorspannt, daß die Lage der ersten Endlosschraube 108 (im Raum) genau festgelegt ist· Durch die Belastungsfeder 162 wird die zweite Endlosschraube 148 in der Fig. 10 in der Richtung nach oben vorgespannt, wodurch das Schraubenrad federnd in Uhrzeigerrichtung gedruckt wird. Auf diese Weise wird durch das Paar von Endlosschrauben 108 und 148 und die damit verbundenen Feststellmittel sichergestellt, daß auch die Endlosschraube 106 genau an einer bestimmten Stelle im Raum festgehalten wird, selbst wenn versehentlich im Schraubenrad 106 und seiner Präzisionsbefestigung etwas "Spiel" vorhanden wäre oder sich entwickeln sollte (z.B. über die Präzisionslager 97» 99). Das linke Ende 112' der Präzisionsantriebswelle 112 ist einem mit ziemlich hoher Geschwindigkeit betriebenen (vorzugsweise digitalen) "Wellenkodierer" angekoppelt, der allgemein bei 170 gezeigt ist, z.B. mittels einer nachgiebigen Präzisionskupplung 180.

Wegen der präzisen Verbindung aller Elemente untereinander, die die Welle 112 mit der Nockenscheibe 32 und dem(ersten) Wellenkodierer 170 mechanisch verbinden, ist die Winkellage des Wellenkodierers 170 zu jeder Zeit der relativen Winkelstellung der Nockenscheibe 32 direkt proportional. Insbesondere ist die (vorzugsweise digitale) elektrische

- 64 109825/1771

Anzeige am Ausgang 200 für die Winkelstellung des Wellenkodierers 170 direkt proportional der Winkelstellung (des Kodierers 170 und damit auch) der Nockenscheibe 32. Dadurch stellt das Ausgangssignal am Ausgang 200 dieses ersten oder "Hochgeschwindigkeits-"wellenkodierers 170 eine direkte Anzeige der Winkelstellung der nockenscheibe dar, und zwar unabhängig von der Ungenauigkeit der Teile, die (in mechanischem Sinne) von dem Kodierer 170 und der Nockenscheibe 32 weiter entfernt sind als die Welle 112_O Die Welle 112 (sowie die Endlosschraube 108 und natürlich auch die mit gleicher Geschwindigkeit bewegte Hufsendlosschraube 148) rotiert wesentlich schneller als die Nockenscheibe 32 wegen der Übersetzung in der Antriebsübertragung zwischen der Endlosschraube 108 (und H8) und dem Schraubenrad (wodurch z.B. die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 112 gegenüber der angetriebenen Nockenwelle 100 (und damit auch gegenüber der Nockenscheibe selbst) um den Faktor 25 kleiner sein kann).Dadurch stellt das elektrische Ausgangssignal bei 200 des ersten oder "Hochgeschwindigkeit s"-Kodierers 170 eine "Peinanzeige" (in Form eines vorzugsweise digitalen Signals) der tatsächlichen Winkellage der Nockenscheibe 32 dar«, Wenn insbesondere die Nockenflachen 44, 46 so gewählt sind, daß dadurch eine Drehung des Abtastarmes 34 und damit des in Betriebsstellung befindlichen Gitters in der Weise bewirkt wird, daß die Schwenkung des Gitters um seine Achse (OA)

- 65 109«?5/1?71

proportional der Kosekante der Winkelstellung der nockenscheibe 32 ist, wird die Winkelstellung der Welle 112 (die offenbar der Winkelstellung der Nookenseheibe direkt proportional ist) und damit auch die Winkelstellung des Hochgesehwindigkeitskodierers 170 direkt der Frequenz (die zweckmäßig in Wellenzahlen angegeben wird) der monochromatischen Strahlung direkt proportional, die von dem Gitter gebeugt und über den Spiegel MM des Ebert-Monoehromators den Ausgangsspalt XS erreicht. Allein beispielhaft sei angenommen (wie es für das tatsächlich im Zusammenhang mit einem Zweistrahlinfrarotabsorptionsspektralphotometer angewandte Ausführungsbeispiel der Erfindung zutrifft) , daß der gesamte Wellenzahlenbereich des Monochromators sich von etwa 4000 bis hinunter zu etwa 33 (entsprechend von 2,5 bis 300 M in Wellenlängen der Infrarotstrahlung) erstreckt. Dann ergibt die Feinanzeige des Hochgesehwindigkeitswellenkodierers 170 ein Signal, das die "am wenigsten" signifikanten (d.h. im Wert kleineren) Stellen in der Wellenzahl der Strahlung, die durch die grade vorhandene Winkelstellung abgebeugt wird (wobei diese Winkelstellung durch den Abtastarm 34 und dessen Stellung selbst durch die gerade benutzte Mockenflache 44, 46 der Nockenscheibe 32 bestimmt wird), angibt.

Jedes der Gritter gehört zu einem anderen Wellenzahlenbereich (wobei jedes für sich eine einzige Oktave oder einen Faktor 2 im Ausführungsbeispiel überstreicht), während von den beiden unterschiedlichen Abtastnockenflächen 44, 46 die

- 66 10987 5/12 71

eine im Bereich höherer Wellenzahlen (44) benutzt wird, während die andere (46) für die Gitter des niedrigeren Wellenzahlenbereiches verwendet wird. Eine allgemeine Beziehung zwischen den exakten Aus£;angswerten (z.B.. in Wellenzahlen) des Hoclgeschwindigkeitskodierers 170 für die Feinanzeige läßt sich nur schwer angeben, es sei denn, es wird (allein beispielhaft) eine spezifische Art der Anzeige angenommen..Pur das folgende wird daher vorausgesetzt, daß vom Ausgang 200 des Hochgeschwindigkeitskodierers 170 für die Feinanzeige ein Signal in digitaler (im Binärsystem) Form geliefert wird, und insbesondere, daß mit dieser Anzeige die weniger signifikanten oder kleineren Werte des gesamten Wellenzahlenwertes des aus dem Ausgangsspalt XS austretenden monochromatischen Lichtes in digitaler Form angegeben werden. Im Rahmen dieses Beispiels wird ebenfalls vorausgesetzt, daß der Monochromator die Strahlung über den gesamten vorher genannten Bereich (nämlich von den Wellenzahlen etwa 4000 bis etwa 33) zerlegt. In diesem System kann der gesamte Wellenzahlenbereich eines Gitters, z.B. des Gitters G1, das über den höchsten Wellenzahlenbereich von etwa 4000 bis etwa 2000 Wellenzahlen verwendet wird, durch eine Binärzahl mit 16 Stellen ausgedrückt werden, wenn eine Anzeigegenauigkeit von 1/10 einer Wellenzahl bei 4000 (d.h. eine Ablesegenauigkeit von 4000,0) gewünscht wird. Für den Fall, daß an der langsamer rotierenden Nockenwelle 100 ein Niedriggeschwindigkeitskodierer für die Grobanzeige, der in Fig. 5

1 0 9 S 2 S / 1 2 7 1

allgemein mit 210 bezeichnet ist, vorgesehen ist, der wenigstens die sechs am meisten signifikanten Binärstellen liefert, dann genügt es, wenn der Hochgeschwindigkeitskodierer 170 für die Peinanzeige nur mindestens zehn (der weniger signifikanten) Binärstellen liefert. In einem tatsächlich hergestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Binärkodierer für zehn Stellen, der im Handel erhältlich ist, für den Kodierer 170 in !Fig. 10 eingesetzt und gleichzeitig ein Hledriggeschwindigkeitskodierer 210 für die Grobanzeige (der nachfolgend beschrieben wird),der (ursprünglicli in konventioneller, nicht binärer Form) das Äquivalent von Zahlen mit wenigstens etwa sechs Binärstellen anzeigt (d.h., der die sechs am meisten signifikanten Binärstellen einer sechzehnstelligen Binärsahl, d.h. 32768,16384,8192, 4096,2048 und 1024, angibt).

Auf der unteren rechten Seite der Pig. 5 ist eine Trägerplatte 212 gezeigt, die mit dem genannten Gehäuse 140 bei 214 starr verbunden ist und die die ziemlich feststehende Kodierscheibe 220 des Hiei-driggeschwindigkeitskodierers 210 für die Grobanzeige mittels eines kreisförmigen, in der Mitte offenen Abstandsstückes 216 und üblicher Befestigungsmittel (ζ·Β· Schrauben) 218 befestigt. Die untere Fläche 222 der feststehenden Kodierscheibe 220 trägt eine Mehrzahl elektrisch leitender (relativ dünner) Kontakte, die auf der Oberfläche 222 allgemein in einem Kreise angeordnet sind; in einem speziellem Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen diese Kontakte auf einer umfangsisMäLg angeordneten Reihe getrennter

- 68 1Ö587S/1771

radial verlaufender Streifen 224 (siehe Fig. 14). Ein elektrischer Abnehmer oder Abgreifer 226 ist starr mit dem unteren Ende der Welle 100 verbunden (so daß er der Drehung der Nockenscheibe 32 direkt folgt) und besteht aus einer elektrisch leitenden Nabe 228, einem in ähnlicher Weise leitfähigen Arm 230 und einem Abgreifer oder einer Bürste 232. In der Praxis wird vorzugsweise ein Paar von Abgreifern und ein Paar konzentrisch angeordneter Kontaktringe verwendet. Jedoch ist der genaue Aufbau des Abnehmers (228 bis 232) für den Kodierer nicht weiter von Bedeutung und stellt an sich auch kein Teil der vorliegenden Erfindung dar. Jedoch sind im Ausführungsbeispiel z.B. 25 solcher getrennter Kontakte vorgesehen, so daß der Niedriggeschwindigkeitswellenkodierer für die Grobanzeige etwa das Äquivalent der sechs wichtigsten binären Stellenwerte ergibt (entsprechend den 23 getrennt ablesbaren Winkelbereichen der Nockenscheibe 32, die sich aus der Dreheinstellung der an ihrem unteren Ende damit starr verbundenen Welle 100 ergeben). Bei Gebrauch von 25 solcher im gleichen Abstand angeordneter, (radial) getrennter elektrischer Kontakte,wie in dem Ausführungsbeispiel, ergeben diese 25 umfangsmäßig angeordneten Kontakte am Ausgang,welches der H,40 (entsprechend 360° : 25) Winkelsegmente der Nockenscheibe 32 einem bestimmten Fixpunkt oder einer bestimmten Radiallinie (in der Papierebene in Pig. 2 und 4 und durch die Nockenwelle CA verlaufend) gegenüberlag.

Dadurch erhält man von dem Niedriggeschwindigkeitskodierer 220 für die Grobanzeige eine ungefähre

10987B/1271

Anzeige, welches dieser Segmente sich in Antriebsbeziehung (d.h. im Kontakt) mit dem Mitnehmer 36 des Abtastarms befindet (vgl. Pig. 4- und 6)„ Im tatsächlichen Ausführungsbeispiel, in dem die effektive (Winkelgeschwindigkeits-)übersetzung zwischen der Antriebs- Endlosschraube 108 (und 148) und dem Schraubenrad 106 25 s1 beträgt, sollte die Kodierscheibe 220 25 solcher Kontakte 224 enthalten, damit die jeweilige Winkelstellung der Nockenscheibe 32 mit einer Eindeutigkeit von 1:25 bestimmt werden kann; andernfalls würde die Anzeige des Hochgeschwindigkeitskodierers 170 nach jeder vollständigen Umdrehung der Antriebswelle 112 (siehe Fig. 10) mehrdeutig werden und daher auch nach jeweils 1/25 Umdrehung des Schraubenrades 106 und eines entsprechenden Bruchteils aller anderen mit der Welle 100 verbundenen Teile (d.h. der Niedriggesehwindigkeitskodierer 220 und die Nockenscheibe 32).

Obgleich für praktische Zwecke vorzugsweise die z.B, 25 getrennten elektrischen Signale, die vom Niedriggeschwindigkeitskodierer 220 für die Grobanzeige geliefert werden, in Binärform umgewandelt werden (wofür nur eine sechsstellige Binärmatrix zur Anzeige aller notwendigen Werte von 1 bis 25 mit Ausnahme von 0 erforderlich ist und was notwendig ist, um die binäre "Addition" der bereits in Binärform am Ausgang 200 des Hochgeschwindigkeitskodierers 170 fur die Feinanzeige zu vereinfachen), ist dies theoretisch nicht absolut notwendig. Die einzig wichtige funktionelle Beziehung zwischen dem

10 9 8 2 5/1271

Niedriggeschwindigkeitskodierer 220 für die Grobanzeige und dem Hochgeschwindigkeitskodierer 170 für die Feinanzeige besteht darin, daß der Niedriggeschwindigkeitskodierer eine hinreichende "Grobinformation" liefert, um dadurch jede Mehrdeutigkeit des Feinkodierers 170 auszuschließen (die Eingangswellen 112 und 112' führen in dem speziellen Ausführungsbeispiel 25 vollständige Umdrehungen durch).

In allgemeinster Form ist es lediglich notwendig, die Winkelstellung der Nockenscheibe 32 mit der gewünschten Genauigkeit (z₀B. 0,1 Teil in 2000,0) über den relativ großen Wellenzahlenbereich anzugeben (z.B. von den Wellenzahlen etwa 32 bis 4200), der dem Nutzbarkeitsbereich des Gerätes entspricht. ¹Ti der Praxis und insbesondere in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Kodierer für die Grobanzeige (220) direkt an die Nockenscheibe zu koppeln und einen Kodierer für die Feinanzeige (17O) vorzusehen, der bei viel höherer (proportionaler) Geschwindigkeit betrieben wird, so daß die "Feinheit" der Aufteilung der jeweils "am wenigsten signifikanten" Stellen oder der Winkelaufteilung dieses Hochgeschwindigkeitskodierers für die Feinanzeige praktikabel wird. Wie bereits vorher erwähnt, sind bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Ablesungen eindeutig und genau bis auf 1/1O einer Wellenzahl wenigstens über den gesamten Wellenzahlenbereich von etwa 32 bis etwa 4200 ablesbar, und zwar für den beispielhaften Monochromator, der im Zusammenhang mit den Abbildungen 2 bis 5 weitgehend beschrieben wurde und in

109825/1271

2Ό5Β1T2

den folgenden-Abbildungen 6 bis 8 und 11 weiter-be— s chri eb en Wi rd.

Da ein sechzehnatelliges binäres -Register zur Wiedergabe oder Darstellung irgendeiner ganzen- (arabischen) Zahl von 1 bis 65 535 geeignet ist, kann man offensichtlich mit solchem Register ein Teil in 42000 Teilen ablesen bzw. falls dxe. letzte oder am wenigstens signifikante (arabische) Stelle rechts vom Dezimalkomma steht, 0,1 Teil in 4200,0 Teilen. Auf diese Weise kann mit einem sechzehns telligen Binär sys tem eine Genauigkeit oberhalb von 1 : 60 000 (oder 0,1 in 6000,0) erreicht werden, falls diese von den optischen und anderen Teilen des Instrumentes erreicht werden kann. Jedoch enthält der Niedriggeschwindigkeitskodierer nur 25 getrennte Eontakte und ergibt daher nicht einmal ein volles sechsstelliges binäres Ausgangssignal (d.h. 31 in arabischen Zahlen), so daß die Gesamtheit der Zahlen (ausgedrückt in arabischen Zahlen) etwas geringer ist als die Maximalzahl (65 535), die erhalten werden könnte, falls der Niedriggesehwindigkeitskodierer eine vollständige sechsstellige Binäraatrix ergeben könnte. Da jedoch der Hochgeschwindigkeitskodierer eine vollständige zehnstellige Binärinformation liefert und der Hiedriggeschwindigkeits-, kodierer 25 der 31 Dezimaleinheiten, die ein sechsstelliger Binärkodierer enthalten kann, liefert, stehen im wesentlichen mehr als 15 Binärstellen (d.h. im wesentlichen 32 767 in arabischer Schreibweise) zur Information zur Verfügung, die nur wenig geringer als die Gesamtheit der 16 Stellen (65 535) ist. Tatsächlich ist die erreichbare

109825/1271

205 Π

höchste Zahl, die mit Hilfe des nur 25 anstelle der Einheiten aufweisenden "sechsstelligen" Ausgangs des Niedriggeschwindigkeitskodierers und von der vollen zehnstelligen Binärmatrix des Hochgeschwindigkeitskodierers verfügbar ist, durch etwa 51 000 dezimale Einheiten gegeben. Auf diese Weise ist die tatsächlich erhältliche Anzeige immer noch genauer als 1 : 4 2000 (oder ausgedrückt in Wellenzahlen, 0,1 : 4200,0).

_ Mittel zur Bewegung und Einstellung des Gitterkarussels:

Wie vorher bereits beschrieben, wird bei Stromzufuhr zum Motor 80 durch die Leitung 88 (und im eher schematisch gezeigten spezifischen Ausführungsbeispiel daher auch über den gemeinsamen Eingang 90) die gesamte Kette von Elementen, die mit dem Motor verbunden sind, also auch die elektrische Kupplung 84 (die über die Leitung 86 betätigt wird) und die mechanischen Bauteile 62 bis 70, in Drehung versetzt, so daß das Karussel 30, 50 mittels des damit starr verbundenen Zahnrades 60 in einer bestimmten Richtung angetrieben wird, die in den Abbildungen 2, 4 und 7 W im Uhrzeigersinn erfolgt (wie durch einen Pfeil GD angezeigt ist). Wie sich am besten aus einem Vergleich der Abbildungen 5 und 7 ergibt, weist der Schulterteil 240 nahe dem unteren Teil der Hauptdrehtischkonstruktion 50 (aber gerade oberhalb des starr verbundenen Zahnrades 60) an seinem Umfang eine nockenartige Fläche auf, die so viele vorstehende Teile oder Ansätze 241, 242, 243 usw. besitzt wie verschiedene Gitter auf dem Drehtisch angeordnet sind (z.B. in dem Ausfuhrungsbeispiel sieben). Zwischen diesen vorstehenden Teilen

Ί 7 7 1

der nockenartigen starren oder aus einem Teil gebildeten Schulter 240 befindet sich ein Ausschnitt oder eine Kerbe 251, 252, 253 usw. (siehe Fig. 7). Der Umfangsflache der nockenartigen Schulter 240 liegt ein federbelasteter Winkelhebel 260 an, der damit dem Verlauf der verschiedenen Vorsprünge (241 bis 247) und Kerben (251 bis 257) folgt, sowie den entsprechenden langsam ansteigenden Anlaufkanten 261, 262, 263 usw. und den schneller abfallenden Ablaufkanten 271, 272, 273 usw. der Vorsprünge. Im einzelnen besteht der federbelastete Winkelhebel im Ausführungsbeispiel aus einem starren oder einem Stück gebildeten rechtwinkligen Hebel 280, der · (mit üblichen Mitteln) konzentrisch mit einer Schraube 282 an eine Welle angelenkt ist und der an einem Ende 284 eines seiner Winkelarme einen Mitnehmer 286 (z.B. in Form eines um die Achse 288 drehbaren Rades) aufweist. Der andere Winkelarm 290 des Winkelhebels 260 wird durch die Feder 292 federnd vorgespannt, so daß der ganze Winkelhebel 260 im Uhrzeigersinn um sine Drehachse, die durch das Teil 282 definiert ist, gedrückt wird, wodurch wiederum der Mitnehmer 286 gegen die Umfangsfläche der nockenartigen Schulter 240 gedrückt wird. Der Arm 290 des Hebels (260) ist außerdem im allgemeinen an dem von der Drehachse 282 entfernten Ende starr (oder damit aus einem Stück gebildet) mit einem Schalterbetätigungsteil 294 verbunden, der mit dem beweglichen Schaltelement 296 eines Schalters 298 zusammenwirkt. Der Schalter 298 (dessen elektrische Teile in Fig. 7 nicht gezeigt sind) kann ein üblicher-Flip-Flop-Schalter (z.B. ein Mlkroschalter) eines Typs sein, der durch wiederholte Betätigung des Schaltarmes 296 einen zwischen dem Eingang 300 und dem Ausgang 90' (der letztlich

1 0 9 8 2 H / 1 7 7 1

die Zufuhr von elektrischer Energie zu der Leitung in Fig. 9 bestimmt) bestehenden Stromkreis öffnet und schließt. Solange also der Nockenmitnehmer 286 im wesentlichen einem Torsprung (24-1, 242, 243 usw.) am Umfang der drehbaren nockenartigen Schulter 240 anliegt und insbesondere etwa zwischen den Punkten 264a und 274b, wird der Stromkreis vom Eingang 300 über den Schalter 298 zum Ausgang 90' und von dort (durch einen Steuerkreis) zum Motor 80 und der Kupplung 84 geschlossen sein, so daß die beiden zuletzt genannten mechanischen Bauteile in Tätigkeit bleiben. Natürlich können zwischen den Zuführungen 90' und 90 eine Reihe von üblichen elektrischen Elementen (z.B. Relaisschalter, Transistoren, logische Verknüpfungsglieder oder andere) zwischengeschalfcet sein, um dadurch die Stromführung im Schalter 298 zu verringern, wenn das gewünscht wird, und um die Steuerung des Motors 80 und der Kupplung 84 (wie sie oben beschrieben wurde) und die im folgenden zu beschreibende Punktion des Schalters zu ermöglichen. Das Schaltelement 296 des Schalters 298 hat mit Bezug auf den Schaltungsausführenden Teil 294 einen solchen lichten Abstand, daß immer dann in dem Kreis eine Schaltung erfolgt, wenn der Mitnehmer 288 im wesentlichen die "Höhepunkte" 261a, 262a, 263a usw. an der anlaufenden Kante oder die entsprechenden "Höhepunkte" 271b, 272b, 273b usw. an der ablaufenden Kante der Vorsprünge an der nockenartigen Platte oder Schulter erreicht.

In dem Maße, In dem der Drehtisch und damit auch die nockenartige Schulter oder Platte 240 in Fig.

109828/1271

im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird auch der Winkelhebel 260 langsam durch die allmählich ansteigende anlaufende Kante 261 (262, 263 usw.) geschwenkt bis' der Winkelhebel 260 an den Punkten 261a, 262a, 263a usw. an der anlaufenden Kante jedes tier Vorsprünge (241 bis 247) erreicht hat. Dann erfolgt (durch das die Schaltung auslösende Teil 294) des Schaltarmes 296 eine Änderung der Stellung des Schalters 298 (er wird z_oB_# geschlossen), so daß über den zweiten Ausgang 299 dieses Schalters mittels eines Signales ein Blockierungselement (364_f 368 auf einem schwenkbaren Bloekierungsarm 340, später in Fig. 11 und 12 beschrieben) ausgelöst wird, daß in den Weg von Anschlagmitteln (310 bis 328, die nachstehend beschrieben werden) in der Weise bewegt wird, daß dadurch sichergestellt wird, daß der Gitterdrehtisch nicht um mehr als einen Winkelabstand (360° geteilt durch sieben) zwischen Gittern gedreht wird. Dadurch wird verhindert, daß sich das Karussel über das nächstfolgende zu gebrauchende Gitter hinwegdreht, aber auch, daß das· nächstfolgende Gitter genau in der gleichen umfangsmäßigen Winkelstellung relativ zum Karussel oder zur Drehtischachse TA eingestellt wird (wie weiter unten deutlicher wird). Im einzelnen bewirkt diese erste Bewegung des Schaltarmes bei den "ansteigenden" Punkten 261a, 262a, 263a usw. die Unterbrechung der Energieversorgung einer Drehspule 354 an ihrem Eingang 370, wie im folgenden noch an Hand der Abbildungen 11 nid 12 beschrieben wird, wodurch der Blockierungshebel oder -arm 340 und damit auch seine Blockierungselemente 364, 368 in eine solche Stellung gebracht

1 09875 /1271

205^112

wird, daß (das nächsthöhere) Gitter mittels der damit verbundenen Anschlagmittel 310 (z₀B. 311 in Figo 8, 11, 1.2) in Stellung gebracht wird. Bei weiterer Bewegung des Drehtisches (im Uhrzeigersinn) wird das die Schaltung ausführende Teil 294 des Winkelhebels 260 gegen den Schaltarm 296 festgehalten, wodurch der Ausgang bei 90' so eingestellt wird, (etwa "ein")

daß dadurch (z„B· über eine Programmsteuerung) schließlich der Stromkreis zum Motor 80 und der (elektromagnetischen) Kupplung 84 geschlossen bleibt bis der nächste Punkt 271b (dergleichen "Höhe" wie Punkt 261a) erreicht ist. Dann werden der Motor und die Kupplung wiederum durch Unterbrechung der Energiezuführung zu ihrem gemeinsamen Eingang 90 in der bereits beschriebenen Weise angehalten. Dadurch wird der Motor 80 (und wenigstens auch ein Hauptteil der Kupplung 84) vom Eest der Antriebsteile des Karussels (z.B. 64 bis 70 in Pig· 9) getrennt und die Trägheit in der Bewegung der Karusselanordnung verringert.

An dieser Stelle befindet sich der Winkelhebel 286 in einer Stellung an dem relativ steilen Abfall (des radialen Abstandes) des Kantenteils 271, 272, 273 usw. (etwa zwischen den Punkten 271b und 271c, usw.). Durch die Verweniung einer realtiv kräftigen Feder 292 wird der Winkelhebel 260 immer mit einer ziemlichen Kraft in Uft^eigerrichtung gezogen; aus diesem Grunde übt der Mitnehmer 286 ebenfalls eine ziemliche Kraft oder ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf die ablaufende Kante 271 (272, 273 usw.) aus, aber auch auf die gesamte Drehtischeinrichtung,

1 ü b^: H V J₁ / 1 ? 7 1

wenn der Mitnehmer über den jeweils höchsten Punkt des betreffenden Vorsprunges an dem Bauteil vorübergegangen ist. Auf diese Weise wird ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment !ziemlicher Größe an den Drehtisch angelegt, das besonders dann wirksam wird, wenn der Motor 80 mechanisch entkoppelt ist und sich seine Nachlauf trägheit nicht weiter auswirken kann. Wie sich aus Fig. ergibt, wird sich daher der Drehtisch weiter drehen, und zwar so lange, bis der Mitnehmer des Winkelhebels den niedrigsten Punkt oder die Kerbe (z.B. 251) des Bauteils 240 erreicht} bevor dies geschehen kann, wird jedoch einer, der (sieben) mechanischen Anschläge (320), die starr mit dem Drehtischgehäuse 50 verbunden sind, auf eine blockierende Fläche (nämlich die an dem Blockierungaarm oder -hebel 340) stoßen, die im folgenden beschrieben wird.

Der Blockierungsmechanismus für den Drehtisch (durch den das jeweilig einzusetzende Gitter exakt in die "richtige" Betriebsstellung OG gebracht wird) wird im folgenden im Zusammenhang mit den Abbildungen 4, 8, 11 und 12 beschrieben. Wie man am beeten den Abbildungen 4 und 8 entnimmt, ist das Hauptkarusselgehäuse 50 an seinem Umfang mit einer Reihe von in radialer Richtung verlaufenden, identischen Yorsprüngen versehen, die allgemein mit 310 (in Fig. 4 und 8) bezeichnet aind, wobei der linke obere Vorsprung In Fig. 4 spezifisch als 311 bezeichnet wurde» Jeder dieser RadialvorsprUngö weist einen in tangentialer Richtung

1 0 9-ö i? h / 127 1

verlaufenden Anschlagstift 320 auf, der vorzugsweise einstellbar und aus einem besonders harten Metall (um nicht so leicht abzunutzen) angefertigt ist, wobei wieder der des bestimmten Radialvorsprunges spezifisch mit 321 bezeichnet ist (vgl. Pig. 4 und mit Fig. 11 und 12). Wie bereits erwähnt, kann die genaue Stellung des in die Uhrzeigerrichtung weisenden, gerundeten Bndteiles dieser Anschlagstifte 320, die allgemein mit 324 bezeichnet sind, vorzugsweise entlang seiner Achse einstellbar sein (d.h. in tangentialer oder allgemein umfangamäßiger Richtung in Bezug auf den Gitterdrehtisch 30, 50, wie man am besten der Pig. 4 entnimmt). Wie sich im einzelnen der Figo 11 und 12 entnehmen läßt, ist jeder Anschlagstift (320; desgleichen der besondere Stift 321) einstellbar, aber starr mit seinem zugehörigen Arm (310 bzw. 311) verbunden, z.B. über interne Gewindebohrungen 316 in den Armen 310 und entsprechend angepaßte Gewinde an den äußeren Flächen eines wesentlichen Teils der Anschlagstifte 310 (vgl. 326 in Fig. 11 und 12). Eine Feststellmutter 328 kann für die mit Gewinde versehenen Anschlagstifte 320 vorgesehen sein um sicherzustellen, daß die Stellung des Anschlagstiftes in Bezug auf den Radialvorsprung 310 nach der Einstellung bestehen bleibt» Die Einstellung der Anschlagstifte 320 zu den jeweiligen Vorsprüngen 310 muß mit großer Genauigkeit erfolgen und stabil sein, damit die gerundete Endfläche 324 der Stifte 320 in exakter Welse die Drehlage markiert, in der der Drehtisch anhalten muß, damit jedes der verschiedenen Gitter (Gl bis G7) genau in der

1 271

2 σ5 6112

• _ 79 -

richtigen Betrieb as teilung QG angeordnet ..ist«, Im einzelnen wird die gerundete Spitze oder die Pührungsfläehe 324 eines besonderen Anschlagstiftes (der linlPig. 4, 11 and 12 als Inschlagstif t '321 be- ^h* zeichnet .ist) !dazu-vorgesehen, mit einem einzigen drehbaren Blockierungsmittel ader Blockierungsarm 340^zii&ainmenzia,wirlEen, wenn sich dieser Arm in der in-iig. 4f 11 :mnd 12 gezeigten iage befindet. Insbesondere ist Ider31ockierim^ (-&. ...Pig. 11 und 12) starr auf einem!Drehzapfen 342 angeordnet, der Mittels eines Paares von (vorbelasteten) Präiziaionskugellagern 344 innerhalb eines starren Trägers 346 mit großer Genauigkeit gelagert, wie man am "besten in^Ftg, 11 erkennt, wobei der Träger wiederum: starr jnit dem Abtastarm 34 verbunden ist (oder :sogar, wiφη dem beispielhaften Gerät, einen.Teil davon bildet; vgl. Pig. 4 und 11).

Unterhalb.dieses feststehenden Trägers 346 ist, z.B₀ .mittels eines L-förmigen Winkels 348 und üblicher Befestigungsmittel (z.B. Schrauben) 352, eine Drehspulanordnung starr angebracht, die in Pig. 4 und besonders auch in Eig_o 11 allgemein mit 350 bezeichnet ist* Das bewegliehe Hauptbauteil 354 dieser^Einrichtung 350 ist in bekannter Weise ausgebildet und stellt einen drehbaren Anker .dar, dessen Hauptausgangswelle 356 mit dem damit starr verbundenen Arm 358 eine bestimmte Winkelstellung in Bezug auf die Drehachse (das ist eine in Pig. 11 senkrecht verlaufende -.Linie) einnimmt, wobei die Drehachse durch den Mittelpunkt des beweglichen Bauteils 354 der Drehspule und auch durch die Mitte des Drehzapfens 342 hindurch verläuft.

10 9 8 2 5/1271 ₀R^^l''⁴*^iU

205 Rl

Dadurch wird erreicht, daß der nach oben verlaufende Verbindungsstift oder -stab 360 (und insbesondere dessen Kopfteil 361) in eine Öffnung oder Ausnehmung 362 an der Unterseite des Blockierungshebels 340 eingreift und dadurch normalerweise die Blockierungsmittel in der in Fig. 4, 11 und 12 gezeigten Stellung festhält. Insbesondere wird dadurch auch die eigentliche Blockierungsfläche 364 (die zur Vermeidung von Abnutzungen aus sehr hartem Metall hergestellt ist) des Blockierungshebels 340 in den Weg und zur Anlage an die gerundete Führungsfläche an dem Endteil 324 des Anschlagstiftes 320 gebracht. Wie man an Hand der Abbildungen 4, 8, 11 und 12 und insbesondere der Fig. 4» 11 und 12 leicht erkennt, wird dadurch der Gitterdrehtisch in einer genauen Winkelstellung festgehalten, wenn der schwenkbare Blockierungshebel 340 sich in der in diesen Abbildungen gezeigten Stellung befindet, nicht aber in dessen zurückgezogener Stellung, die in Fig. 4 bei 340' gestrichelt angezeigt ist; in dieser Stellung laufen nicht nur die Anschlagstifte 320, sondern auch die Eadialvorsprünge 310 (in beträchtlichem Abstand) frei über die flache Oberfläche 366 des Blockierungshebels 340.

Wie sich am besten aus der Fig. 12 ergibt, ist die blockierende Fläche 364 des in vertikaler Richtung verlaufenden Blockierungsteilo 368 des Hebels 340 vorzugsweise gekrümmt. Insbesondere ist diese Fläche 364 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei die Zylinderachse mit der Drehachse des Hebels 340 zusammenfällt, d.h. also entlang der Mittelachse des Drehzapfens 342 verläuft. Eine solche

BAD ORIGINAL

1 U b 8 ? ⁴. / 1 7 'M

Krümmung der blockierenden Fläche 364 bewirkt, daß die gerundete Spitze oder Anschlagfläche 324 des Stiftes 320, der als nächster die Blockierungsstellung erreicht, räumlich exakt in der gleichen Stellung angehalten wird, wenn sich der Hebel 340 in der in Pig. und 12 und mit durchgezogenen Linien in Fig. 4 gezeigten Blockierungsstellung befindete Ein (z.B. ununterbrochenes Gleichspannungs-)Signal, das den Zuführungen des aktiven Bauteils (z.B. der Feldwicklung) der Drehspule 354 zugeführt wird, bewirkt, daß die Drehspule den Blockierungshebel 340 aus der in durchgezogenen Linien gezeigten Stellung in Fig. 4 (desgleichen in Fig. 11 und 12) in die unwirksame Stellung 340', die in Fig. 4 gestrichelt gezeigt ist, verdreht. Solange ein solches, die Blockierung aufhebendes Signal nicht vorhanden ist, wird der Gitterdrehtisch in der gerade beschriebenen Weise festgehalten, und zwar, immer wenn einer der sieben Vorsprung© der nockenartigen Platte 240 (siehe Fig. 7) bewirkt, daß der Winkelhebel-Schalter-Mechanismus 260 den Motor 80 und die Kupplung 84 aus der Antriebsverbindung mit dem Gitterdrehtisch löst (wie vorher im Zusammenhang mit den Figuren 9 und insbesondere 7 erläutert wurde).

In dieser Weise bswirkt unter normalen Betriebsbedingungen jeder der Vorsprünge (z<,B„ 241 in Fig. 7), daß der Schalter 298 den Motorantrieb (80 bis 84) unterbricht, während der mit der Feder 292 belastete Winkelhebel 260 weiterhin den Gitterdrehtisch in der gleichen Drehrichtung (z,B. in Fig. 2, 4 und 7 im Uhrzeigersinn) bewegt bis er durch den nächsten Anschlagstift

BAD ORIGINAL

2 5/127)

2U56112

310 (z.B. der in Fig. 4, 11 und 12 mit 311 bezeichnete) in der gerade beschriebenen Weise angehalten wird. Dadurch wird erreicht, daß in Zusammenwirkung mit den oben beschriebenen Abläufen jeweils ein bestimmtes Gitter (in Fig. 4- z.B. G1) genau in eine bestimmte Stellung (in Umfangsrichtung in Bezug auf den Gitterdrehtisch) gebracht wird. Es sei noch bemerkt, daß alle Motoren, Spulen und Kupplungen während des normalen Abtastbetriebes, d.h. während der Abtastarm das gesamte Karussel und damit auch das in Betriebsstellung befindliche Gitter verdreht, außer Betrieb sind und nur dann in Betrieb sind bzw. mit Energie versorgt werden, während ein Wehcsel der Gitter und ähnlicher Bauteile, aber kein Abtasten erfolgt. Während des Abtastvorganges sind daher auch in dem gesamten Monochromatorsystem keine möglichen Wärmequellen (d.h. elektrisch betriebene Bauteile) vorhanden; dieses Ausbleiben irgendeiner Wärmebelastung während des eigentlichen Wellenzahlenabtastvorganges trägt ebenfalls zur Genauigkeit bei, mit der während des Abtastvorganges Wellenzahlen-"Spektren" entstehen.

Die Bewegung des Abtastarmes und seine Beziehung zu den Gittern

können am besten aus der Figo 5 entnommen werden, nach der der Hauptabtastarm für die Wellenzahlen mittels der Nabe 400, die ein Teil davon darstellt, in eine präzise Drehung um eine feststehende, auseinem Teil gebildete Nabeneinstellungsvorrichtung großer Genauigkeit 94, 96 versetzt wird, wozu (vorbelastete) PräzlsionsLager 67 und 69 vorgesehen sind. Dies betrifft nicht nur das gesamte GitterkaruBsel 30 (einschließlich aller Bauteile !50 bis 60 und Gitter G1 bis G7), sondern auch all8 Bauteile,

109825/1271

2USBIU

die direkt mit dem Karussel in .Verbindung stehen (ζ·Ε. das Zahnrad 60 und.alle anderen Bauteile in Pig. 7 und 8),sowie alle die Bauteile (die ζ·Β» in Fig. Tt und 12.dargestellt sind), die mit dem Abtastarm34 selbst direkt verbunden sind oder aus einem Teil von ihm gebildet werden. Die Tatsache_r daß die Nabe 400, mit der alle eben erwähnten Bauteile direkt oder indirekt so verbunden sind, daß sie sich mit ihr drehen, in ihrer Drehachse mit der Gitterdrehachse GA (vgl, Fig. 5 mit Fig. 3 und 4) zusammenfällt, bewirkt, daß eine Verdrehung des-- Hauptabtastarmes mit irgendeiner der Nockenflachen 44 oder 46, die sich zu dem Nockenmitnehmerende 402 des Abtastarmes (siehe Figo 4, und 6) in wirksamer Antriebsverbindung befindet, auch eine Schwenkung oder Drehung des gerade in Betriebsstellung OG (siehe Fig. 3 und 4) befinlichen Gitters (in Fig. 5 GI) um die Achse GA verursacht. Weiterhin existiert Z₀B. zwischen dem Antriebszahnrad 62 und dem davon angetriebenen Zahnrad 60 oder zwischen dem Kegelrad 66 und dem davon angetriebenen, angepaßten Kegelrad 68 kein sogenannter "Ausgleichseffekt", da die Drehachse der Nabe 400 und die Gitteirachse GA konzentrisch verlaufen und auch die Welle 64 und alle mit ihr verbundenen Bauteile (z_oB. das Zahnrad 62 nahe ihrem oberen Ende und das Kegelrad 66 an ihrem unteren Ende) und da somit alle diese Bauteile lediglich um eine gemeinsame Achse (der Nabe 400 und der Welle 64) rotieren. Wie man leicht aus der Fig. 6 entnimmt, weist das Mitnehmerende 402 des Wellenzahlenhauptabtastannes 34 vorzugsweise einen mit großer Genauigkeit

10987.^/1

-erarbeitenden Mitnehmer 36 auf, der aus einem Nockenmltnehmer in Gestalt einer Präzisionsrolle 404 besteht, die an dem Ende 406 des Abtastarmes 34 angebracht ist, das von seiner Verbindung mit dem Karuaoei 30, 50 ect. entfernt ist. Die Präzisionsnoekenrolle 404 wird insbesondere vorzugsweise in Prätfisionskugellagern (niedriger Reibung) gelagert, die in Figo 6 allgemein mit 408 bezeichnet sind. Bisher war vorausgesetzt worden, daß sich jeweils das erste Gitter GI (für die größten Wellenzahlen) in der Betriebsstellung befindet, in welchem Zusammenhang festzustellen ist, daß mit den Gittern G1, G2 und G3 (mit z.B_e 288 bzw. 144 bzw. 72 Furchen pro Millimeter) für die größeren Wellenzahlen (d.h. kürzeren Wellenlängen) die längere Nockenaußenfläche 44 verwendet wird; dagegen wird mit den Gittern G4 bis G7 (mit 18 bzw. 9 bzw. 4,5 bzw. 2,25 Furchen prc Millimeter) für die niedrigeren Wellenzahlen (d.h. längeren Wellen) die sich rascher ändernde (d.h. bezogen auf die Winkelbewegung der Nockenscheibe die stärkere Radiusänderung), kleinere Nockenfläche 46 (vgl. besonders Fig. 4) verwendet. Aus diesem beispielhaften "bestimmenden" Faktoren ergibt sich, daß jedes der Gitter GM, G2 und G3 in idealer Weise über den Bereich einer einzigen Oktave benutzt werden kann, , wobei die drei Oktaven exakt aufeinander folgen (d.h. der Spektralbereich, der von dem jeweiligen Gitter überstrichen wird, beträgt in jedem Falle eine Oktave unter Bildung nicht überlappender Spektralbereiche, die aber im mathematischen Sinne einander angrenzen).

1 G 9 8 7 S / 1 7

Mit den beispielhaften, gerade erwähnten Gitterfurehenabständen der Gitter G1 bis G 3 kann das Gitter G1 mit besonders guter Ausbeute über den Wellensahlenbereich von 4000 bis 2000 (d.h. von 2,5 bis 5 <-< in Wellenlängen) im nahen Infrarot verwendet werden, das Gitter G2 in dem Wellenzahlenbereich zwischen 2000 und 1000 (d.h. von 5 bis 10 u in Wellenlängen) und das Gritter G3 in dem Wellenzahlenbereich von 1000 bis 500 (d.h. von 10 bis 20 μ ). Es wird weiter vorausgesetzt, daß alle diese Gitter in bekannter Weise "gebrannt" sind, so daß sie für die jeweilige Ordnung (im Ausführungebeispiel die erste Ordnung) besonders wirksam arbeiten.

Obgleich aus dem vorhergehenden folgen würde, daß das Gitter &4 (dessen Furchenzahl pro Millimeter nur ein Viertel derer des Gitters G5 beträgt) eine Unterbrechung der Oktavenbeziehung zwischen den Gittern mit sich bringt, ist dies tatsächlich nicht der Fall, denn zwischen den Gittern G3 und G4 wird der Hauptabtastarm aus der einen Stellung, in der er der großen liockenaußenflache 44 (siehe Figo 4) folgt, in die in Fig. 6 gezeigte Stellung gebracht, in der der Mitnehmer 36 (und insbesondere auch die Präzisionsmitnehmerrolle 404) mit der kleineren Nockeninnenflache 46 der Nockenscheibe 32 in Antriebsverbindung steht. Die jeweilig unterschiedlichen, aber proportionalen mathematischen Funktionen (die beide einer Kosekantenfunktion proportional sind, damit sie eine in Wellenzahlen lineare Aufteilung liefern, wenn die Nockenscheibe 32 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, wie auf dem Monochromatorgebiet bekannt ist), die von den bei den Nockenflächen 44 und 46 erzeugt werden,T»eitaen einen gegenseitigen Proportionalitätsfaktor von 2,

109825/1271

2U5R112

, so daß tatsächlich die Abtastung des Gitters G4 mittels der Fläche 46 nur mit dem Unterschied von einer Oktave sum (Jitter G 3 erfolgt, welches entsprechend der Pläche 44 abgetastet wird» Die Anlage des Gitxer&rsies an die kleinere Nockeninnenflache 46 (die Mitbenutzung des Gitters GM beginnt) wird auch für die übrigen Gitter (G5 "bis (57) beibehalten. Da auch hier wieder- die Gitter-Abstände in einer solchen Beziehung zueinander stehen, da3 aneinaMergrensende Oktalen entstehen, werden praktisch alle sieben Gitter über jeweils eiiie Oktave verwendet, wobei be~ sender« dis :iincige Oktave, bei der die Gitter die grü3ttt iv^rksaukeit besitzen, in der fersten Ordnung Li-ügi. :J!s wird also das Gitter G 4 für den Wellensslilenbe reich von 500 bis 250 verwendet, das Gitter G5 für den Wellensahlenbereich von 230 bis 125, das Gitter Q-6 für den Wellensahlenbereich von 125 bis 62,5 und das letzte Gitter G7 für den Wellenzahlenbereich von 62,5 bis 31,3 (theoretisch 31,25, aber mit der Aufrundung auf das nächste ganse Zehntel einer Stellenzahl wegen der Wellenzahlenanzeige eetO,

Mit der Platte 420 an d«sr Unterseite 430 des (relativ au dem um öle Achse TA drehbaren Karussöls oder Drehtisches 30) feststehenden Yerbindungsteil 61 des zylindrischen oder liabengliedes 430 am lockenarm 34 sind sieben Mikroschalter (von denen Fig* 5 nur swei bei 440, 442 zeigt) starr verbunden» Insbesondere ist jeder dieser sieben Mikroöchalter in radialer Riöhtung so angeordnet, daß diese zur Mittellinie dar Drehnischachse TA gleiche Winkel (360° i ?) bilden. Im einzelnen stellt der Mikrüoohaliai- 440 in der Fig. 5 einen besonderen Mikroschal te r ά..

10982B/1271

2Ü5B112

der auf einer Eadiuslinie liegt, die die Mittellinie der Drehtisehachse TA mit der (raumfesten) Gitterachse GA und den damit gemeinsamen Mittellinien der Welle und der Drehachse der Nabe 400 (und damit auch aller Bauteile, die mit dem Abtastarm 34 verbunden sind) verbindet. Der andere Mikroschalter 442 ist lediglich einer der anderen sieben Mikroschalter, nämlich der, der auf einer Eadiuslinie des Karussels öder Drehtisches TA liegt, die um 3/7 oder 4/7 von 360° von der Eadiuslinie entfernt ist, auf welcher der Mikroschalter 440 angeordnet ist.

Ein den Mikroschalter auslösender Arm 450 ist starr · (mit üblichen Mitteln 452) an dem unteren Ende der Gitterkarussel- oder Drehtischwelle 51» die mit dem Karussel 30 (d.h. den Elementen 50 bis 60 und den Gittern G-1 bis G7) umläuft, befestigt· Dalier wirkt dieser Auslösungsarm 450 in Verbindung mit den anderen, relativ feststehenden sieben Mikroschaltern (440, 442 usw*) als eine Stellmarke. Insbesondere löst der Auslösearm 450 in der in Pig. 5 gezeigten Stellung (der im Ausführungsbeispiel auf einer Eadiuslinie liegt,die die Mittellinie des Gitters G1 mit der Drehtischachse TA verbindet) den Mikroschalter 440 aus? daher ist in dem Ausführungsbeispiel der Mikroschalter 440 dem Gitter G1 "zugehörig", denn seine Betätigungstaste 441 steht immer dann in Wirkverbindung mit dem Ana 450, wenn sich das Karussel in der in Fig. 5 gezeigten Stellung befindet (d.h. wenn das Gitter G1 sich in seiner Betriebsstellung, vgl, Fig. 3 und 4, befindet). Wird demnach durch den Auslösearm 450 jeweils der Mikroschalter 440 geschlossen, so liegt an dem Ausgang 460 dieses Mikroschalters 440 ein elektrisches Signal an,

10982 5/1271

2 Ü 5 R 1 1

durch das angezeigt wird, daß sich in der genannten Betriebsstellung gerade das Gitter G1 befindet.

Offenbar werden durch die anderen sechs relativ feststehenden Mikroschalter (einschließlich des Schalters 442 und der anderen, in Pig. 5 nicht gezeigten Schalter) nacheinander durch den Schaltarm 450 betätigt, und zwar in dem Maße, wie das Karussel 30 gedreht wird und dadurch die verschiedenen Gitter (G2, GJ usw.) in ihre Betriebsstellung (siehe Fig. 2 bis 4) bringt. Auf diese Weise wirkt der den Schalter betätigende Arm 450 als Stellmarke und schließt jeweils den relativ feststehenden Mikroschalter, der dem jeweiligen Gitter "zugehört". Es wird also für jedes Gitter, das sich jeweils in Betriebsstellung befindet, einer der Mikroschalter (440, 442 usw.) betätigt, wobei durch den gerade betätigten Schalter angezeigt wird, welches der Gitter sich wirklich in der Betriebsstellung OG (Fig, 2 bis 4) befindet.

Diese sieben Mikroschalter und der einzige, sich drehende Betätigungsarm 450 zeigen daher an, welches der Gitter sich in Betriebsstellung befindet, und der dem Gitter G4 zugeordnete Mikroschalter liefert ein Signal» durch das angezeigt wird, daß der Abtastarm 34 in der Weise bewegt werden soll, daß sein Mitnehmer 36, 404 aus der Stellung, in der er der größeren .Nockenaußenfläche 44 (für die Gitter G1 bis G3) folgt, in die Stellung gebracht werden soll, daß er der kleineren Nockeninnenfläche 46 folgt (die sowohl für das Gitter G4, als auch für die übrigen Gitter G5 bis G7 verwendet wird). Mittels einer relativ einfachen Programmsteuerung (die später im Zusammenhang

1 0 9 H ? !W 1 ? 7 1

2 O 5 B 11

mit der Pig.15 beschrieben wird) wird erreicht, daß das elektrische Signal an dem dem Gitter (H zugehörigen Mikroschal ter seinerseits ein elektrisches Eingangssignal auf die leitung 462 gibt, durch die der Motor 460 für den Stellungswechsel des Abtastarmes, letztlich durch Drehung der Welle 470, betätigt wird, so daß die Hauptvorspannmittel für den Äbtastarm, einschließlich einer Negationsfeder 480, von einer Stellung oberhalb des Mittelpunktes zu einer anderen solchen Stellung übergehen, wodurch die Vorspannkraft auf den ^ockenmitnehmer 36 (siehe Fig. 4) in der Weise geändert wird, daß dieser nicht mehr gegen die größere Nockenfläche 44» sondern nunmehr federnddie kleinere Nockenfläche 46 gedruckt wird. Dieser Mechanismus (der die Bauteile 460 bis umfaßt) dafür ist in Fig. 5 gezeigt, ttird aber nicht weiterim einzelnen beschrieben, da seine Einzelteile nicht zu der vorliegenden Erfindung gehören.

Filterscheibenantrieb:

Wie bereits in allgemeiner Form im Zusammenhang mit den Abbildungen 2 bis 4 beschrieben wurde, kann die Filterscheibe FW, wie man am besten der Fig. 13 entnimmt, nahe ihrem Rand eine Reihe von 14 Filtern aufweisen (501, 502, 503 ...513 und 5H); zusätzlich ist eine weitere kreisförmige öffnung ohne Filter bei 515 vorgesehen. Nimmt man beispielsweise an, daß die Filterscheibe im Uhrzeigersinn rotiert (FD in Fig. 13)» dann folgen die Filter, auf die die aus dem Austrittsspalt XS (vgl. Fig. 2, 4 und insbesondere 3) austretende Strahlung fällt, der Reihenfolge der Zahlen 501, 502^ 503 uaw. Weiterhin sei angenommen, daß da» Filter 501 die höehate Grenzfrequenc (in

1 0 9 8 7 R / 1 2 7 1

Wellenzahlen) aufweist und das Filter 502 eine (ebenfalls noch, relativ hociiliegende) "benachbarte Grenzfreq/aenz, dann gehören diese beiden Filter zu dem Gitter (GM im Ausführungsbeispiel), das den engsten ?urchenabstand (d.li, 288 Pärchen pro Millimeter im Ausführungsbeispiel) besitzt, also zu dem Sitter, das für den höchsten Weilenzahienbereich benutzt wird (d.h. von den Wellenzahlen 4200 bis 2000 im Ausführungsbeispiel)» Offenbar werden dann die filter 503 und 504 mit dem Gitter mit

™ der nächst feineren Einteilung (z.B. 144 Furchen pro Millimeter) G2 verwendet, das zwischen den Wellenzahlen 2100 und 1000 verwendet wird. Lediglich für Zwecke der KoakretA-derung der Beschreibung sei erwähnt, daß bei einem Ausführungsbeiapisl (das auf den Markt gebracht werden soll) das Gitter Q'i für die höchsten Wsllenzahlen über einen Wellenaahienbereich von 4000 bis 2000 (aber auch noch bia 4200) benutzt werden kann und daß in diesem speziellen Ausführungsbeispiel das Filter 501 mit der höchsten Grenzwellenzahl oberhalb der Wellenzahl 2969,6 benutzt wird (so daS das nächste Filter 502 für den Wellenzahlenbereich von 2369,6 bis

P 2000 verwendet wird). Allgemein gesagt sollten die

Filter mindestens in der Nähe des geometrischen (und nicht des arithmetischen) Mittels des Wsllenlängenbereichee aea jeweils zugehörigen Gitters gewechselt werden, was für den Fachmann auf dem Gebiet der Interferenzfilter mit relativ scharfen Kanten, die nur Fraquenzan (Wellenlängen) unterhalb einer bestimmten Grenzfrequsnz durchlassen, wohl verständlich ist. Bei einem Gitterbereich von "einer Oktave" wird das zweite Filter jedes Paares (mit niedrigerer tfallönzahl) bei dem jaw-9'ila benutzten Gittar vorzugswü^üa iii üu 1 lu.lte des geometrischen Mittels seines WellenzahlenbCijicnes

10S825/1271

2Ü5R112

(d.h. naiie der Wurzel aus der zweifachen·niedrigeren Grenzwellenzahl des Gitterbereiches) eingeführt. Jedoch spielt in der Praxis der genaue Zeitpunkt des Filterwechsels keine große Rolle, solange die Filter jeweils scharfe Kanten aufweisen. !Tatsächlich tritt jedoch beim Ausführungsbeispiel der Filterwechsel (zwischen den Filtern 501 und 502) bei einer Wellenzahl von 2969,6 ein, die ziemlich exakt das geometrische Mittel aus den Wellenzahlen 4200 bis 2000 darstellt.

Zur näheren Erläuterung der Betriebsweise des gesamten selbsttätigen Abtastmonochromatorsystems im Zusammenhang mit der Abbildung 15 sei erwähnt, daß einer der im allgemeinen auf Eadiuslinien angeordneten elektrischen Kontakte (224 usw.) des Niedriggeschwindigkeitskodierers 220 (Abbildungen 5, 14 und 15) zweckmäßig zur Erzeugung des Signals für den Filterweehsel benutzt wird. Insbesondere wird das Signal vorzugsweise von dem Kontakt (224 usw.) ausgehen, der etwa auf halbem Wege der Drehung der Nockenscheibe 32 und des starr damit verbundenen Abnehmerarmes 230 liegt. Im einzelnen sind bei einem Niedriggesehwindigkeitskodierer mit 25 Kontakten nur 23 dieser 25 Winkelstellungen im Zusammenhang mit der Nockenscheibendrehung nutzbar (die übrigen beiden Kontakte dienen zur Eückstellung der Nockenscheibe). Fast genau der idelae Zeitpunkt für den Wechsel stellt der Übergang vom 10. zum 11. Kontakt dar (gemessen in der Drehrichtung der Nockenscheibe, in der die Wellenzahlen von hohen zu niedrigeren Werten übergehen, was der

1 0 9 8 ? K M ? 7 1

normalen Abtastrichtung des Gerätes entspricht), und zwar nicht nur für den Übergang vom ersten zum zweiten Filter (501 nach 502), sondern auch für alle anderen Übergänge von einem ungradzahligen Filter zu einem geradzahligen Filter beim geometrischen Mittel des Spektralbereiches (in Wellenzahlen) der jeweils aufeinander folgenden Gitter, mit denen jedes Filterpaar zusammenwirkt. Offenbar können auch irgendwelche der letzten zum Beispiel zwei Kontakte (und zwar während der Rückkehr des Abtastarmes und während das nächste Gitter in Stellung gebracht wird) dazu verwendet werden, einen Wechsel von einem geradzahligen Filter (z.B.

502) zu dem nächsthöheren ungeradzahligen Filter (z.B.

503) zu bewirken, welches dann das Filter darstellt, das während der ersten Hälfte des nächsten Beugungsgitterbereiches (bei niedrigerer Wellenzahl) gebraucht wird.

Wie bereits früher im Zusammenhang mit den Abbildungen 2 und 4 beschrieben wurde, wird die mechanische Antriebskraft für die Filterscheibe in relativ einfacher Weise mittels eines Motors 40, an dessen Welle (41) eine Antriebsrolle 42 angeordnet ist und der direkt an der Randfläche des Umfangs 520 (vgl. Fig. 4 und 13) bei 522 (siehe Fig. 13) angreift, vorgenommen. Um eine hinreichende Haftung zwischen der Antriebsrolle 42 und der Umfangskante 520 zu erhalten, können der Motor 40 und die damit verbundene Antriebsrolle 42 nahe einem Ende (links in Fig. I3) an einem Hebel 530 nach Art eines Kipphebels gehaltert werden, der nahe seiner Mitte mit einem feststehenden Stift 532

1 G [} κ :- h/ ι ·> 7

angelenkt ist und an diesem Stift (in Richtung des Uhrzeigers wie in Pig. 13) mittels einer Feder 534 federnd vorgespannt wird, die dem anderen (rechten) ausgenommenen Ende 536 des Hebels 530 anliegt. Der größere Kopf 538, der die Feder 534 hält, der zugehörige Schaft und die nach oben stehenden Teile 546 und 548 des Bügels 549 zur starren Halterung des Schaftes 544 und des Gelenkstiftes 532 sind in der Fig. 13 deutlich zu erkennen.

Von vergleichsweise größerer Bedeutung ist die Art der Steuerung des Motors 40, dessen Stromzuführungen in Fig. und 13 mit 540 "bzw. 542 bezeichnet sind. Wie später noch im einzelnen erläutert wird, befinden sich auf einer feststehenden Platte 550 eine Reihe von Mikroschaltern (im Ausführungsbeispiel 15) in einer kreisförmigen Anordnung mit gleichen Winkelabständen, so daß der von der Mitte her gemessene Winkel zwischen den Mikroschaltern der gleiche ist wie der zwischen den verschiedenen Filtern 501 bis 514 und der Öffnung 515 (siehe Fig. 13). Auf diese Weise kann jeder der Stationären Mikroschalter, von denen in Fig. 4 zwei bei 552 und 554 beispielhaft gezeigt sind, in der Weise als eine Markierung wirken, daß angezeigt wird, welches der.Filter sich gerade im optischen Strahlengang befindet (d.h. in der Betriebsstellung OF, die in der Folge als in der Nähe der Filter 511 und 512 in Fig. 13 angenommen wird) . Die Rückseite (vgl. Fig. 4 und 13) der Filterscheibe FW ist mit einem einzigen erhabenen Teil oder Vorsprung 560 versehen, der in einem solchen radialen Abstand von der Achse IA angeordnet ist, daß er dem radialen Abstand der umfangsmäßig angeordneten, feststehenden ^ikroschalter 552, 554 usw. gleich ist» Dadurch wird

1098?Ä/1271

erreicht, daß dieses erhabene Teil 560 getrennt einen ganz bestimmten der 15 Mikroschalter (552, 554 usw.) betätigt, in dem er gegen den Betätigungsknopf oder -arm drückt (die Betätigungsmittel des Schalters 552 sind bei 556 angezeigt). Ist einer der Mikroschalter (552, 554 usw.) geschlossen, so tritt an dem betreffenden Ausgang 562, 564 usw. des jeweiligen Mikroschalters ein Signal auf, das die tatsächliche Stellung der Filterscheibe in Bezug auf die feststehende Platte 550 anzeigt (und damit auch, welches der Filter in der Betriebsstellung OF ist)₀

Wie weiterhin Fig. 4 und 13 am besten zeigen, kann die tragende Platte 550 mittels eines Trägers 566 befestigt sein, an dem gleichzeitig auch eine Lagerbefestigung 568 vorgesehen ist, in dem die Welle 570 drehbar gelagert ist, welche die Drehachse (FA) der Filterscheibe bestimmt. Obgleich im Zusammenhang mit der Nockenscheibe^-und Gitteranordnung die früher beschriebenen lager und komplementär ausgebildei^nd ineinandergejaßten Verbindungen zwischen den mechanischen Teilen eine hohe Präzision aufweisen mußten, ist dies für die Filterscheibe nicht erforderlich,

da &e±n& Stellung eine vergleichsweise viel geringere Rolle spielt als die Stellung der Nockenscheibe 32 relativ zu ihrer Achse und den dazugehörigen Kodierern und die Stellung der Gitter speziell relativ zu ihrer Drehachse (GA). Werden die Filter etwas größer gewählt als notwendig ist, um genau die gesamte Strahlung zu erfassen, die den Austrittsspalt XS (bei völliger Öffnung) verläßt, so ist nur eine mittlere

10982H/1271

Genauigkeit für die Stellung jedes Miters in seiner Betriebsstellung (Oi¹) sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung nötig.

Aus dieser Beschreibung der Pig. 13 (und teilweise auch der Fig. 4) ergibt sich, daß der Ausgang (562, 564 usw.) des jeweiligen Mikroschalters (552, 554 usw.), der dem jeweiligen Filter in seiner Betriebsstellung OF entspricht, mit dem einzigen erhabenen Teil 560 der Filterscheibe, die den Schalter betätigt, in Berührung kommt, wenn sich ein Filter in Betriebsstellung (OF) befindet, wodurch der Steuerung oder dem Programmierungsteil des Gerätes angezeigt wird, welches Filter sich in dieser Stellung befindet, sowie dadurch auch der Steuerung oder dem Programmierkreis des Systems ermöglicht, mit Hilfe des Motors 40 die Filterscheibe (durch Zuführung von Energie über die Leitungen 540, 542) in Drehung zu versetzen bis das gewünschte Filter in Stellung gebracht ist (was durch die Betätigung des "richtigen" Mikroschalters, der zu dem betreffenden Filter gehört, angegeben wird).

Gesamtsteuerung und Betriebsweise:

Fig. 15 zeigt hauptsächlich in einem Blockschema, das schematisch auch einige Bauteile zeigt, die Gesamtverbindungen (zumeist elektrischer Art) und die Wirkbeziehungen innerhalb des gesamten Systems des selbsttätigen Abtastmonochromators (der z.B. in einem Spektralphotometer, besonders in einem Zweistrahlgerät, eingebaut sein kann). Um überflüssige

Wiederholungen hinsichtlich des optischen Strahlenganges in der Pig. 3 oder besonders hinsichtlich des in den Abbildungen 2 und 4 bis 14 dargestellten Aufbaus EU vermeiden, sind in Pig. 15 alle Teile, die auch in diesen früheren Abbildungen enthalten sind, lediglich mit den gleichen Bezugszeichen versehen, selbst wenn (wegen der schematisehen Art der Abbildung 15) die entsprechenden Bauteile in dieser Abbildung ein anderes Aussehen zeigen.

Es werden zunächst nicht die in der Fig. 15 neu enthaltenen Bauteile beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert, sondern die Beschreibung der Pig. 15 geht aus von den bereits beschriebenen Bauteilen, und es wird die Art und Weise erläutert, in der diese mit den (im Blockschema gezeigten) neuen Bauteilen in der Pig, 15 zusammenwirken. So ist der früher nicht gezeigte Schrittmotor 600 eingangsseitig (d.h. im allgemeinen auf der rechten Seite in der Pig. 12) mit den Kraftübertragungsini tteln 114 verbunden, deren Ausgang schließ] ic]] die Welle 112 bildet, die über die Übersetzungsinittel durch End] os«chrauben 106, 108 und die Welle 100 die Hauptabtastnockenscheibe 32 für die Wellen zahl en in Drehung versetzt. Wie bereits beschrieben, ist der Kiedriggeschwindigkeitfikodierer, der allgemein bei 210 dargestellt ist, direkt mit dem unteren Ende 100' der Hockenwelle 100 in der Weine verbunden, daß tich beide mit der gleichen (relativ kleinen) Winkelgeschwindigkeit drehen. Die (mit relativ hoher Geschwindigkeit rotierende

BAD OftiOINAt

2058112

Ausgangswelle 112 ist (an ihrem anderen Ende 112¹) direkt mit dem Hochgeschwindigkeitskodierer 170 in der Weise verbunden, daß am Kodiererausgang 200 ein zehnstelliger Binärkode die Winkelstellung der Hochgeschwindigkeitswelle 112, 112' anzeigt und dadurch die Fernanzeige (bis auf 1 Teil:1024 Teilen) ergibt. Der Abnehmer 230 des Niedriggeschwindigkeitskodierers rotiert mit 1/25 der Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitswelle 112 (im Ausführungsbeispiel) und zeigt an, in welcher von den 25 gleichen Winkelsteilungen oder Sektoren die Niedriggeschwindigkeitswelle 100 und daher auch die Nockenscheibe 32 gerade steht.

Dadurch kann mit Hilfe des Hochgeschwindigkeitskodierers die Winkelstellung der Welle 112 in Teilen einer Gesamtheit von 1024 Winkelinkrementen angezeigt werden und liefert in Kombination damit, daß der Niedriggeschwindigkeitskodierer (1/25 der Geschwindigkeit) die Stellung der Nockenscheibe 32 und der Welle 100 anzeigt, eine Anzeige von einem Teil in 25 x 1024 Teilen bzw. die Anzeige einer tatsächlichen von 25600 möglichen Winkelstellungen der Nockenscheibe. Dabei wird ein G-rey-Kodierer für den Hochgeschwindigkeitskodierer verwendet, weil dieser viel einfacher und weniger kostspielig als ein zehnstelliger Binärkodierer 1st. Das Ausgangssignal des Binärkodieres bei 200 wird schließlich mit Hilfe eines Umsetzers 610 in den üblichen Binärkode verwandelt, so daß am Ausgang 612 dieses Umsetzers ein konventioneller zehnstelliger

109825/1271

Binärkode geliefert wird. Der Ausgang des Niedriggeschwindigkeitskodierers (210) bei 620 in Fig. 15 liefert eine konventionelle Dezimalzahl (arabisch; von 1 bis 25), die anzeigt, welcher der radial angeordneten Kontakte des Niedriggeschwindigkeitskodierers mit dem Abnehmer 230 in Verbindung steht. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Steuerung und/ oder Prgrammierung ist es naheliegend, daß diese Dezimalzahl zunächst binär kodiert werden muß, wofür der schematisch angedeutete sechsstellige Binärumsetzer 624 dient, bevor eine Kombination mit dem Binärausgang 612 des Hochgeschwindigkeitskodierers (über die Verbindungen 626 und 628) erfolgen kann. Die Ausgänge der beiden Kodierer werden nach der Umwandlung in einen beiden gemeinsamen Binärkode (von 6 bzw, 10 Stellen) über die Eingänge 612' und 628' einem z.B. 20stelligen Register zugeführt*

Weiter sei hier nur allgemein erwähnt, daß der Inhalt dieses 20stelligen Registers letztlich an der Wellenzahlenanzeige H als eine 5stellige Dezimalzahl erscheint (wobei insbesondere bei dem beispielhaften Gerät vier Stellen auf der linken und eine Stelle auf der rechten Seite des Dezimalkommas auftreten, so daß in diesem speziellen Ausführungsbeispiel das Instrument die jeweilige Wellenzahl von 4200,0 bis zu der niedrigsten nutzbaren Wellenzahl 31,3 anzeigt). Wie bereits erwähnt, besteht die Information aua der Anzeige von einem Teil in 25600 Teilen, so daß der Monochromator wenigstens in der Theorie im höheren Wellenzahlenbereich (d.h. in der Umgebung von der Wellenzahl z.B« 4000,0) eine

109825/1271

Anzeigegenauigkeit von "besser als 1;4OOOQ (d.h. 0,1 in 4000,0) erreicht, so daß auch, die Uachkommastelle selbst in diesem oberen Wellenzahlenbereieh auch noch signifikant ist. Auf diese Weise steht eine sechzehnstellige Information (genauer gesagt die digitale Grobanzeige des Niedriggeschwindigkeitskodierers in 25 Dezimaleinheiten multipliziert mit den 1024 Dezimaleinheiten der Information des Hochgeschwindigkeitskodieres, also 25600 Dezimalstellen) zur Ablesung des Spektralbereiches (der Wellenzahlen) eines einzigen Gitters zur Verfugung. Selbst in dem Extremfall, daß der Bereich von Wellenzahlen von 4200 bis 2000 abgelesen werden soll, sind diese 25600 Dezimaleinheiten zur Verfügung, so daß das Gerät mindestens theoretisch im Bereich der Wellenzahl 2200 (mittels dieser 25600 Einheiten) eine Ablesegenauigkeit erreicht, die über die einer Dezimalstelle hinausgeht (d.h. theoretisch kann der Bereich von 4200,0 bis 2000,0, also ein Gesamtbereich von 2200,0 , exakt abgelesen werden, da die Zahl der zur Verfügung steh.end.en Einheiten größer ist als die Zahl 2200,0 bei der Angabe in Wellenzahleii Zehnteln).

Es ist ein 20stelliges Register vorgesehen, obgleich diesem über seine beiden Normaleingänge (612' und 628·) nicht mehr als 16 Binärstellen zugeführt werden (die 25600 Dezimaleinheiten, die tatsächlich verwertet werden, sind weniger als die über 65000 möglichen Einheiten, die in einem vollständigen 16atelligen Binärregister aufgenommen werden können). Die Gründe zur Verwendung eines 20 stelligen Registers 630 werden -weiter unten erläutert. An dieser Stelle soll lediglich einer dieser Gründe erwähnt

1 0 9 3 ? S / 1 ? 11

2 Π·~;" ι ι

verölen, nüiril i oil die Tatsache, daß es als Teil eines Umset zursysteins verwendet wird, bei dem Bei nc üb--1 i die η b i nur en Li ng üng e 0 L' 8 _s 6 2 U' und G1 2 , 01 2 ' (die eigentlich einen (»ntelligen bzw. einen lOstelligon Binär ei ngang darstellen), die eigentlich ein 16steHi~ ges binäres Signal liefern, in einen binär kodierten Dezimal ausgang (BCl)) bei 632 verwandelt v/erden, wie weiter unten erläutert wird.

In dem eher scheiiiatiüohen Diagramm der Pig. 15 zei~ gen die verschiedenen, die Gitters teilung markierenden .Schalter, von denen zwei im Zusammenhang mit der 'Fig. 5 bei 440 und 442 f-.lgebildet und beschrieben worden sind (und von denen angenommen sei, dalj in der Pi.g. 15 die gleichen Anhalter mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind) an (indem der betreffende Schalter geschlossen ist), welches der Gitter sich g e r a d e i. η d e r B e t r i e b s s t e 11 ung 0 G b e f i. η d e t ♦ ΐ> e i spielhaft sei angenommen, daß das Gitterkarussel gerade dar; zweite Gitter Gi. in die Betri absstell ung bringt, so daß also der die Stellung markierende Schalterauslese!' 4i>0 gerade den κν/eiten Schalter (·42 i'u schließen und fu.-ijjon /.usgyngtn 062 gciMie Ejici ,it i.uaui uhren begi.nnt, wooumli angezeigt wird, dali dar? GJttoi· G2 gt;ra«iie Meine Betri ebspteli ung OG erreicht. In der beispielhaft in Pig« 15 ge ze igten Stellung läuft das Gitterkaru^Fel 30 etwa weiter im UhrF.eigerc-um' in der j j tttuvrj c-iitung GB, so daß das f',vfci te Gitter G<- Bohl :i blii 1 oh to im. Bc triebest el lung erreicht und der cenaj/terauniöser 4-^i;.U den rait dem Gitter Gi: j Ur den Ewitnüchnt-eri V.'elt. cnaahlenbereich zugehörigen Schalter 64k' achließt, voduroh über seine Ausgangsleitungen hbk I die einen

1 ι; ν-

205RI12

Strang des schemabisch gezeigten Kabels 668 bilden) anzeigt, daß es das zweite Gitter G2 ist, das sich in der Betriebsstellung OGr befindet (oder gleich befinden wird). Diese Information wird in dem allgemeinen Programmierkreis, der schematisch durch die Programmsteuerung 670 dargestellt ist, verwertet und dem 20stelligen'Register über die Leitung als Steuersignal zugeführt, Auch die Information über das Gitter wird tatsächlich verwertet, wie schematisch durch den Eingang 672 dargestellt wird, der zu einer Einheit 680 führt,.die das Binärsignal in ein binärkodiertes Dezimalsignal überführt und gleichzeitig so verschiebt und einstellt, daß das 20steilige Register um eine "Oktave" nach unten "verschoben" wird, wenn ein G-itter mit "niedrigerer Oktave" (d.h. ein höher beziffertes Gitter, also wenn ein Gitterwechsel von G2 nach G3 stattfindet) in die Betriebsstellung OG gelangt. Auf diese Weise wird durch diese nur schematisch gezeigte Einheit 680 über die Wirkverbindungen 682 und 684 das Register 630 um eine Oktave (d.h. um eine Binärstelle) bei jedem Gitterwechsel verschoben. Zusätzlich bewirkt diese Einheit 680 weiterhin, daß schließlich der Ausgang 632 des Registers 630 in einer Weise ein binär kodiertes Dezimalsignal (BOD) liefert, wie es im Bereich der Programmierungstechnik bekannt ist.

Nach jeweils einer Verschiebung des 20ateiligen Binärregisters 630, wenn also das Register "weiss", welches Gitter sich in Betriebes teilung befindet (wenn also die Verschiebung um eine Binärstell8

1 0 9 ö ? K / 1 2 7 1

205" I \?

oder eine Oktave durch die gerade beschriebenen Mittel erfolgt ist),wird am Ausgang 632 des Registern (in binär kodierter Dezimalform) exakt die wahre Wellenzahl anliegen, die dem betreffenden Gitter entspricht (und zwar mittels der beispielhaften Schalter 440, 442, 462 und der verschiedenen, davon ausgehenden Verbindungen), sowie über das Kabel 668 und die gerade beschriebenen Bauteile 670 bis 684 die (durch die Nockenscheibe 32, den Niedrig- und Hochgeschwindigkeitskodierer 210 bzw. 170 und die νerschiedenen dazwischen bestehenden mechanischen Verbindungen, die bereits beschrieben wurden, sowie durch die verschiedenen bereits beschriebenen elektrischen Bauteile 610 bis 630) genaue Winkelstellung des Gitters und die genaue zugehörige Wellenzahl. Dadurch, daß das 20stellige Register 630 verschiebbar ist, und durch die eben beschriebene Verknüpfung liegt am Ausgang 632 ein Signal in binär kodierter Dezimalform, das genau die Wellenzahl darstellt, die der Kombination der Stellungen des gerade in Betrieb befindlichen Gitters und der Nockenscheibe entspricht.

Zu keiner Zeit kann das Ausgangssignal 362 genauer sein als ein Teil in 25600 Teilen in DezimaleinhQiten, wie es von den die Stellung der Nockenscheibe ablesenden Kodierern 210 und 170 geliefert wird, dies entspricht jedoch einer Genauigkeit in der Anzeige der Nockenscheibenstellung von 1/100 eines Prozents. Dadurch ist selbst bei Verwendung des Gitters G1 für die Wellenzahlen 4200*0 bis 2000,0 (für die höchsten Wellenzahlen) eine eindeutige Bestimmung der 3200,0 möglichen Wellenzahlen

1098?S/1?71

2050112

(auf 0,01 Einheiten einer Wellenzahl) gegeben, da 25600 Stellen zur Verfügung stehen (diese Zahl ist größer als die 22000 Einheiten, die zur eindeutigen Darstellung der Zahl ?200,0 notwendig sind). Dadurch wird die Anseigegenauiglceit nur durch die verfügbare Information begrenzt und nicht durch das signalverarbeitende System, obgleich verhältnismäßig einfache Bauteile (d.h. ein 6stelliger und ein lOstelliger Umsetzer und ein 20stelliges Register) verwendet werden. Die binär kodierte Dezimalzahl am Ausgang 632, die die Wellenzahl bei einer bestimmten Winkelstellung eines bestimmten Gitters (die wiederum durch die genaue Winkelstellung der Nockenscheibe 32 für lineare Wellensahlenanzeige bestimmt ist) darstellt, wird dann vorzugsweise mittels eines Umsetzers 690, der die binär kodierte Dezimalzahl in eine Dezimalzahl umwandelt, in eine 5steilige Dezimalzahl verwandelt, die an beiden Ausgängen 692 und 694 erscheint*. Insbesondere wird diese Zahl bei dem Ausführungsbeispiel innerhalb des Bereiches von 4200,0 bis 0031,3 liegen* Wie bereits erwähnt, ist die Anzeigegenauigkeit des Gerätes theoretisch höher als die höchste Well en zahlender-stellung <Ld.li. 4200,0), jedoch ist es vom praktischen Gesichtspunkt her nicht möglich, die Genauigkeit der mechanischen Teile darüherhinaus zu erhöhen. Zwar beträgt die Anzeigegenauigkeit am Ende des Bereiches nur 1 Teil in 313 Teilen oder nur etwa 1/3 $, dies genügt ,-jedoch für alle praktischen Zwecke, besonders da die Registrierung der Spektren mit linearer Wellenzahleneichung, die allgemein bei 16 in Fig., 11 dargestellt wird, die Abszissenwerte (Wellenzahl) nicht genauer als auf 1/.10 einer Wellenzahl angeben

kann, selbst wenn die Spektren bei ziemlich langsamen Geschwindigkeiten aufgenommen werden. Es sei jedoch vermerkt, daß selbst im Bereich der niedrigen Wellenlängen (d.h. in der Umgebung der Wellenzahl 32,θ) die tatsächliche Genauigkeit größer als die im Anzeigegerät 14 erzielbare Genauigkeit ist, so daß eine genauere Information unter Umständen entweder direkt vom binär kodierten Dezimalausgang 632 in dieser Form oder unter Ausnutzung der Information, die am Ausgang 692 (oder 694) in mehr als 5 ganzen Dezimaleinheiten (einschließlich von 0 in den ersten signifikanten Stellen) zur Verfugung steht, dadurch erhalten werden kann, daß in dem niedrigeren Wellenzahlenbereich eine einfache Registerverschiebungstechnik benutzt wird.

Der andere Ausgang 694 des Binär- Dezimal-Umsetzers ist mit dem Primäreingang einer Vergleichsschaltung 700 verbunden. Die anderen beiden Eingänge 702 und 704 der Vergleichsschaltung werden von einem oberen Wellenzahlenbegrenzer oder "Schaltregister" 706 bzw₀ von einem unteren Wellenzahlenbegrenzer oder "Schaltregister" 708 versorgt. Diese "Schaltregister" können von Hand,z.B. über Einstellknöpfe, einstellbare Dezimalzähler für 5 Stellen sein, wie sie in Fig. 1 bei 706· und 708' angedeutet sind. Durch den Einbau der Vergleichsschaltung 700 soll der Bedienungskraft ermöglicht werden, das Instrument auf eine bestimmte, von Hand vorbestimmte Wellenzahl (irgendwo in dem Bereich zwischen z.B. 4200,0 und z.B. 31,3) einzustellen und nur einen bestimmten Bereich zu überstreichen. Die Vergleichsschaltung 700 vergleicht also die in digitaler Form von dem Umsetzer 690 für die U

1 0b8?5/ 1 771

einer binär kodierten Dezimalzahl in eine Dezimalzahl gelieferte und über die Leitung 694 zugeführte Zahl, die der momentanen WellenZahleneinstellung des Instrumentes entspricht, mit der höchsten und -niedrigsten Wellenzahl eines bestimmten Bereiches, in dem das Gerät benutzt werden soll. Die Vergleichsschaltung vergleicht also tatsächlich unter zwei verschiedenen Umständen das Eingangssignal bei 694 mit dem Eingangssignal 702 und unter anderen Umständen mit dem Eingangssignal bei 704 und liefert in jedem Pail über die Leitung 710 ein Signal an die Programmsteuerung des Gerätes, das anzeigt, ob eines von diesen Zahlenpaaren gleich ist oder nicht.

Wie aua dem mittleren Teil der -^ig. hervorgeht, wird durch den Ausgang 712 der Programmsteuerung des Gerätes (mehr oder weniger direkt) ein Impuls geliefert, der einem Schrittmotor 7H zugeführt wird, der das Eegistrierpapier (oder die Schreibfeder) schrittweise in der Abszissenriehtung bewegt, wie durch den Ausgang 716 schematiseh angedeutet ist, der zu dem Schreiber 16 (siehe Pig. 1) führt. Der ITiedriggeschwindigkeitskodierer 210 liefert direkt (d.h. in üblichen arabischen Dezimalzahlen) über seine Ausgangsleitung 720 eine Anzeige, die angibt, welcher seiner 25 radial angeordneten Kontakte mit dem Abnehmerarm 230 und dem Kontakt 232 (siehe Pig* 5 und 14) zusammenwirkt. Diese Information kann als Eingangssignal 722 der Filterprogrammsteuerung 730 dienen, deren Ausgang 732 den Pilterantriebsmotor 40 über seine Zuführungen 540, 542 (vgl. Pig. 15 und Pig. 4) mit Energie versorgt und ein Pilter vorschiebt, wenn der Niedriggeschwindigkeitskodierer

109825M271

"merkt", daß die Nockenscheibe etwa eine halbe Umdrehung ausgeführt hat (d.h. das Gitter in seiner Mittellage ist), oder, sich,genauer gesagt,zwischen seinem 10. und 11. der insgesamt 23 radial angeordneten Abtastkontakte befindet (unter der Annahme, daß der 24. und 25. Kontakt zur Auslösung der Bückstellung des Abtastarmes dienen), wie vorher bereits erläutert wurde. Wird der nächste Filtersehalter geschlossen, so zeigt dies an, daß die Filterscheibe um einen weiteren "Filterschritt¹¹ vorgerückt ist, wodurch der Filtermotor 40 angehalten wird, in.-dem letztlich die Kontakte der Stromversorgung, die schematisch bei 732 dargestellt sind, unterbrochen werden.

Die bereits früher erwähnten 15 Filterschalter (552, 55$ usw.) sind innerhalb des Blockes 740 als kreisförmig angeordnete Punkte schematisch gezeigt und dienen zur Markierung der Stellung der Filterscheibe bei Beginn des Abtastbetriebes (besonders dann, wenn dieser Abtastvorgang nicht an einem Ende,z.B. dem mit der höchsten Wellenzahl,des gesamten Bereiches beginnt). Beispielhaft sei angenommen, daß der betreffende Schalter 552 mittels des Schaltauslösers 560, der ebenfalls schematisch in dem Block der Fig. 15 angedeutet ist, geschlossen ist. Am Ausgang 742 des Filterschaltblocks 740 liegt das Ausgangssignal des gerade durch den Auslöser 560 geschlossenen Filterschalters (und damit unter diesen angenommenen beispielhaften Bedingungen auch der Ausgang 562 des Schalters 552 in Fig, 4).

10yB25/1271

Bin Ausgangssignal der Programmierung des Instrumentes bei 744 wird als weiteres Eingangssignal 746 dem FiI-terprogramm 730 zugeführt und wird nur zur Markierung in einer später im einzelnen beschriebenen Weise verwertet; im allgemeinen stellen jedoch die schematisch gezeigten Eingangssignale 744 und 746 der Filterprogrammierung ein Signal zur Auslösung des Antriebes der Filterscheibe (mittels des Ausgangs 732 und den EnergieZuführungen 540 und 542 zum Filtermotor 40) dar, und zwar solange, bis sich das jeweilige Filter in der Betriebsstellung OF befindet, was durch Schließen des "richtigen" Filterschalters 552, usw. bestimmt wird, wie durch die schematisch gezeigten Schaltereingänge 742 bei der Filterprogrammsteuerung 730 angezeigt ist.

In analoger Weise stellt das obere Ausgangssignal 748 aus der Programmsteuerung des Instrumentes 670 hauptsächlich ein der Gritterprogrammsteuerung 750 zugeführtes Signal dar, das über den Ausgang 752 über die Betätigung des Gittermotors 80 (und der zugehörigen elektromagnetischen Kupplung 84) den Critterwechsel auslöst, in-dem die gemeinsame Zuführung 90 (siehe Fig. 9) selbst dann mit Energie versorgt wird, wenn dem Schalter 298 (Fig. 7)

an dem Ausgang 90', über den der zugehörige Gittermotor und die Kupplung gesteuert werden, ein normalerweise die Energiezuführung unterbrechendes Eingangssignal 90 anliegt.

109825/1271

205Rl12

Über den Ausgang 752 wird auch der Spuleneingang der Drehspule 354 der Spulenanordnung 350 mit Energie versorgt, wodurch der Blockierungsarm 340 aus der Blockierungsstellung (siehe Fig. 4, 11, 12) herausbewegt wird (gestrichelte Stellung des Armes 340 bei 340' in Pig. 4), wie bereits früher beschrieben wurde, wodurch die Drehung des Gitterkarussels 30, möglich wird. Dadurch kann auch die früher beschriebene (im Zusammenhang mit Pig. 7) normale Betriebsweise der schrittweisen Bewegung von einem Gitter zum anderen während des Abtastvorganges über die Elemente 748 bis 752 übergangen werden, wodurch eine Drehung des Gitterkarussels 30, 50 durch den Motor 80 immer dann ermöglicht wird, wenn das Karussel auf ein von dem jeweiligen in der Betriebsstellung OG befindlichen verschiedenes Gitter eingestellt werden soll. Dazu kann durch die Programmsteuerung des Instrumentes die Gittersteuerung (über die Zuführung 748) eine Bewegung des Gitterkarussels (durch Energiezufuhr zum Motor 80 und der zugehörigen Kupplung 84) auslösen bis das jeweils gewünschte Gitter in der Stellung OG ist, was die Programmsteuerung des Instrumentes "erfährt", indem auf die vorher beschriebene Weise die Ausgangssignale der Gittermarkierungsschalter über das Kabel 668 der Programmsteuerung des Instrumentes zugeführt werden.

Man erkennt, daß in Fig„ 15 die Gittermarkierungsschalter (über das Kabel 668) mit der Programmsteuerung des Gerätes und nicht mit der Gitterprogrammierung verbunden sind, während die (in ihrer

10 9 8 2 5/1271

Funktion) analogen Filterschalter (552, 554 usw.), die in Pig. 15 schematisch bei 740 angedeutet sind, ihre Information direkt über die Verbindung 742 der Filterprogrammierung zuführen. In gewisser Weise kann für jede dieser Punktionsweisen jede der beiden·Möglichkeiten ausgenutzt werden, da es in jedem Falle relativ einfach ist zu bestimmen, wann das gewünschte Gitter- oder Filter (während der Einstellung des Instrumentes vor der Ingebrauchnahme) seine Betriebsstellung (Off bzw_o OP) erreicht hat, sobald die Programmsteuerung des Instrumentes der Gitterprogrammierung bzw. der Filterprogrammierung "mitgeteilt hat", daß sie das durch die Einstellung des oberen Wellenzahlenbegrenzers 706 bestimmte Gitter und Filter heraussuchen soll. Aus diesem Grunde ist es in gewisser Weise beliebig, ob das Gittermarkierungssignal über das Kabel 668 der Programmsteuerung des Instrumentes zugeführt wird, während die Filterschalterausgangssignale bei 742 direkt der Filterprogrammierung zugeführt werden, da in einem gewissen Sinne beide entsprechende Punktionen ausführen, wobei es hier hauptsächlich das von der Programmsteuerung des Instrumentes ausgehende Suchsignal ist, das den Gittermotor 80 solange betätigt, bis das richtige Gitter dadurch "gefunden," wird, daß der entsprechende Gittermarkierungeschalter geschlossen wird; dabei wird nahezu die gleiche Wirkung ausgeübt, wenn durch die Programmsteuerung des Instrumentes füber die Leitungen 744, 746) die Filterprogrammierung (über den Ausgang 732) zum Antrieb des Motors zum Filterwecheel (über die Stromzuführungen bei 540 und 542) auslöst.

109825/1271

Die Gitterprogrammsteuerung (in der Annahme, daß diese wie gerade erläutert indirekten Zugang zu den Gittermarkierungsschaltern oder zu der davon ausgehenden Information über das Kabel 668 und die Programmsteuerung des Instrumentes 670 hat) kann Ebenfalls bestimmen, wann der Motor 460 (siehe Fig· 5) einen Stellungswechsel des Abtastarmes 34 (mittels der Bauteile 470, 480) von der größeren außenliegenden JSockenflache 44, deren effektiver Radius sich weniger stark ändert, zu der kleineren oder innen liegenden Nockenfläche 46 vornimmt (vgl. Mg. 4 bis 6). Insbesondere wird, wie bereits erwähnt,für das Ausführungsbeispiel angenommen, daß dieser Stellungswechsel dann erfolgen soll, wenn das dritte Gitter G3 aus der Betriebsstellung herausgenommen und das vierte Gitter G4 verwendet werden soll (d.h. in OG bewegt werden soll)· Unter der Annahme, daß die Gitterprogrammierung "weiß¹¹, wann der Gittermarkierungschalter, der mit dem vierten Gitter G4 zusammenhängt, geschlossen ist (das ist Schalter 442 in Fig. 5 und 15), wird an ihrem zweiten Ausgang 754 ein Signal anliegen, das eine (typischerweise indirekte) Betätigung des Motors 460 (über die schematisch gezeigte Eingangsleitung 462 in Fig. 5) für den Stellungswechsel des Abtastarmes auslöst. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Motor 460 durch die Gitterprogrammierung immer dann betätigt wird, wenn das geeignete Gitter (im Ausführungsbeispiel das Gitter G4) in seine Betriebsstellung gebracht wird, und zwar unabhängig davon, ob das Gerät gerade das gesamte Spektrum abtastet oder nur auf eine bestimmte

10 9 8 2 5/1271

Wellenzahl eingestellt wird, die unterhalb des Bereiches der Gitter GM bis G3 liegt (d.h. die "Verwendung eines der Gitter 64 bis G7 erfordert). Schließlich dient das restliche Ausgangssignal 762 der Programmsteuerung des Gerätes als Eingangssteuersignal der Programmierschaltung 764 für den Nockenscheibenantrieb (Wellenzahlen)· Das Ausgangssignal 766 dieser Einheit steuert den Eingang 768 des (Schritt-) Motors 600,der, wie durch die mechanische Verbindung 601 schematisch angedeutet ist, die gesamte Nockenscheibe neinr ich tung antreibt (schematiseh im gesamten oberen Viertel der Mitte in I¹Xg. 15 gezeigt, wobei die gesamte, in Fig. 10 gezeigte Konstruktion mit dem Hochgeschwindigkeitskodierer 170, der Nockenscheibe 52, alle verbindenden Teile 100 bis 108, die bewegten Teile 228, 230 des Niedriggeschwindigkeitskodierers (vgl. 3?ig» 5) eingeschlossen sind). Da die Programmsteuerung des Gerätes über den Eingang 695 (oder über direkte, nicht gezeigte, von den Zodierern ausgehende Verbindungen) eine vollständige Information von dem Ho ch- und Niedriggeschwindigkeitskodierer zu jeder Zeit über die genaue Winkelstellung der Nockenscheibe 32 erhält, kann durch sie auch die Nockenantriebsprogrammierung (Wellenzahlen) gesteuert werden, wobei der Schrittmotor 600 so lange angetrieben wird, bis die Nockenscheibe 32 (relativ schnell) in die Stellung gebracht wird, die der Einstellung des oberen Vfellenzahlenbegrenzers 706 entspricht (d.h. bis über die Verbindung 710 von der Vergleichsschaltung 700 ein

9-82^/1771

205B112

Signal ausgeht, das anzeigt, daß die Stellung der Nockenscheibe, wie sie durch das Eingangssignal in dezimalen Wellenzahlen angegeben wird, tatsächlich die ist, die durch die Einstellung des oberen Wellenzahlenbegrenzers 706 gefordert wird). Während der Aufnahme eines Spektrums (d.h. wenn das Gerät in Gebrauch ist, aber nicht auf eine Ausgangsstellung eingestellt werden soll) geht natürlich von der Nockenantriebssteuerung 764 (Wellenzahlen) das notwendige Signal aus, das bewirkt, daß der (Schritt-) Motor mit konstanter Geschwindigkeit läuft. Zur Einstellung verschiedener grober Abtastgeschwindigkeiten (je nach-dem, ob mit dem Gerät, z.B. ein Spektralphotometer, nur ein Übersichtsspektrum oder eine ins einzelne gehende Analyse einer Probe durchgeführt werden soll) ist vorzugsweise eine Geschwindigkeitssteuerung 770 vorgesehen, über deren Ausgang 772 an die Nockenscheibenantriebsprogrammierung 764 (Wellenzahlen) ein Signal geliefert wird, das die Einstellung verschiedener Geschwindigkeiten ermöglicht. Tatsächlich ist bei dem Gerät, das im allgemeinen mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt und auf den Markt gebracht werden soll,^u5ie Geschwindigkeitssteuerung 770 noch eine Feineinstellung vorgesehen (mit einem stetig veränderlichen Bereich von 1 bis 10 und einer Reihe von Multiplikatoren für den Faktor 1, 10, 100 und 1000), wodurch ein Gesohwindigkeitsbereich von 1 bis 10000 dynamisch wählbar ist. Der Eingang 772 der Geschwindigkeitssteuerung ist praktisch außer Betrieb, wenn das Instrument auf eine Anfangssteilung eingestellt wird, unter welken

1 0 S 8 ? 5 η ? 7 1

Umständen natürlich die höchste Geschwindigkeit verwendet wird unabhängig davon, mit welcher Geschwin- '" digkeit der nachfolgende Abtastvorgang durchgeführt werden soll.

Die einzigen weiteren Bauteile, die in Pig, 15 dargestellt sind (oder dargestellt werden können), sind die Eingänge 780 und 790 der "Einstellungs-" bzw. "Abtastungs"-Steuerung, die in der schematisch gezeigten Weise die Steuerung des Instrumentes selbst ansteuern. Der Zweck der Einstellungssteuerung besteht natürlich darin, das Gerät (und insbesondere den selbsttätigen Abtastmonochromator des Gerätes) auf die Wellenzahl einzustellen, die in dem oberen Wellenzahlbegrenzer oder "Schaltregister¹¹ 706 eingestellt sind (dabei ist angenommen, daß das Gerät die Abtastung immer von der höchsten zu der niedrigsten eingestellten Wellenzahl durchführt). Das Gerät wird dann das geeignete Gitter (obwohl in dem käufliehen Gerät der Gitterbereich tatsächlich mit der handgesteuerten Einstellung der oberen Wellenzahlengrenze eingestellt wird), das geeignete Filter und die geeignete Winkelstellung der Nockenscheibe einstellen, so daß das Gerät auf die im oberen Wellenzahlenbegrenzungsregister 706 geforderte Wellenzahl eingestellt ist. Mach Erreichen dieser Bedingung kann der Abtastvorgang von dieser hohen Wellenzahl zu irgendeiner niedrigeren Wellenzahl (insbesondere der auf ähnliche Weise von Hand an dem unteren Wellenlängenbegrenzer oder Register 708 eingestellten Wellenzahl) erfolgen, sobald der Abtastvorgang durch Betätigung des Bedienungsknopfes

.109825/1271

ausgelöst wird? andererseits kann das Gerät aueh so ausgeführt sein, daß der Abtastvorgang beginnt, sobald das Gerät fertig eingestellt ist, in-dem selbsttätig ein Startsignal gegeben wird, sobald die Einstellung vollständig erfolgt ist (d.h. sobald über die Vergleichsschaltung 700 bestimmt wurde, daß das Instrument eingestellt ist).

Bedienungsbeispiel:

Zur Einstellung des Gerätes auf eine bestimmte, hohe Anfangswellenzahl wird durch die Bedienungskraft in den oberen Wellenzahlenbegrenzer oder das Register der gewünschte Wellenzahlenbereich (durch den das Gitter ausgewählt wird) und die genau gewünschte i/ellenzahl an der Konsole (bei 706¹ in Pig. 1) eingestellt j normalerweise wird durch die Bedienungskraft in analoger Weise (vgl. 708' in Fig. 1) eine untere gewünschte Wellenzahl eingestellt. Durch Auslösen des Bedienungsknopfes 780' (Fig. 1) werden selbsttätig die folgenden Vorgänge im Instrument ausgelöst.

Zunächst wird durch die Programmsteuerung des Gerätes 670 über ä±e Verbindung 748 der Gltterprogrammierung signalisiert, daß das Gitterkarussel gedreht (im Ausführungsbeispiel immer im Uhrzeigersinn) werden soll, in dem der Motor 80 und die Kupplung 84 betätigt werden bis durch den betreffenden Gittermarkierungsschalter 440, 442, 642 usw. (vgl. Fig. 15 und 5) der Programmsteuerung des Gerätes und/oder der Gitterprogrammierung (670 bzw. 750 inder Fig. 15) angezeigt wird, daß sich das gewünschte Gitter in Betriebsstellung

109825/1271

befindet. Danach wird durch die Programmsteuerung des Gerätes als nächstes die Einstellung der Nockenseheibe in Gang gesetzt, in-dem über die Zuführung 762 die Nockenscheibenantriebsprogrammierung 762 (Wellenzahlen) angesteuert wird, die eine Drehung der Nockenwelle hervorruft, bis sie eine solche Stellung erreicht hat, daß die über die leitung 694 von dem Binär-Dezimal-Ümsetzer 690 in die Vergleichssehaltung 700 eingelesene Wellenzahl mit der von der Bedienungskraft ausgewählten Wellenzahl im oberen Wellenzahlenregister 706 übereinstimmt. Bin drittes Steuersignal geht von der Programmsteuerung des Gerätes über die Verbindungen 744 und 746 zur Filterprogrammierung und bewirkt, daß über die Betätigung des Antriebsmotors 40 für die Filterscheibe mittels des Ausgangs 732 der Filterprogrammierung, die die Energiezuführung über 540 und 542 zu diesem Motor steuert, I' ..; das richtige Filter ausgewählt wirdf wie früher bereits erwähnt, kann durch die Filterprogrammierung leicht festgestellt werden, ob das richtige Filter in Stellung gebracht ist, da in diesem Falle der "richtige¹¹ Filterschalter 552, 554 usw. betätigt wird, sobald das gewünschte Filter die Filterbetriebsstellung OF erreicht hat. Auf diese Weise wird das Instrument auf die geforderte "höchste Wellenzahl" eingestellt, bei der der eigentliche Abtastvorgang des Spektrums beginnt. Nach einer vorher bestimmten Verzögerung, die in die Programmsteuerung des Gerätes eingebaut ist tun sicherzustellen, daß das Gerät in der !Dat "betriebsbereit" ist, wird an dem durchsichtigen Bedienungsknopf 790* (siehe Fig. 1) durch licht angezeigt, daß das Instrument zum Ablauf des Abtastvorganges bereit ist.

109825/1271

205R112

Durch niederdrücken des Knopfes 790' wird der Abtastvorgang (in Richtung abnehmender Wellenzahlen) mit einer Geschwindigkeit in Gang gesetzt, der durch die Einstellung der Geschwindigkeitssteuerung bestimmt wird, wie sie oben beschrieben wurde. Unter der Annahme, daß die geforderte Ausgangsstellung beliebig etwa im Mittelbereich der Gitter und Filter liegt, wird dann auch durch den (Schritt-)Motor 600 die Nockenscheibe 32 mit einer Geschwindigkeit gedreht, die ebenfalls durch die Geschwindigkeitssteuerung bestimmt ist, und zwarin einer solchen Richtung, daß das jeweilige Gitter so verwendet wird, daß die Wellenzahl der aus dem Ausgangsspalt austretenden monochromatischen Strahlung (die anschließend durch das in Betriebsstellung befindliche Filter OF fällt) linear mit der Zeit abnimmt. Während der gesamten Zeit wird in der Vergleichsschaltung 700 die über die Leitung 694 zugeführte (mittels der Ausgangssignale des Niedrig- und Hochgeschwindigkeitskodierers, der verschiedenen Umsetzer und der anderen Bauteile, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 15 beschrieben wurde, dezimal abgelesene) Wellenzahl dieser monochromatischen Strahlung mit der von Hand an dem unteren Wellenzahlenbegrenzer eingestellten Wellenzahl verglichen, die über die Leitung 704 der Vergleichsschaltung zugeführt wird. Falls diese beiden Zahlen übereinstimmen, wird durch ein entsprechandes Signal der Vergleichsschaltung der Programmsteuerung des Gerätes mitgeteilt, daß alle Vorgänge abgebrochen werden können, da der gewünschte Wellenzahlenbereich vollständig abgetastet worden ist. Für den Fall, daß dies zumindest . ®i>\e

10982S/1?71

Zeitlang nicht eintritt, wird die Programmsteuerung des Gerätes seihst über die Leitung 695 die dezimale Wellenzahlenanzeige abtasten um festzustellen, wann ein Gitterwechsel notwendig wird. Unter der speziellen Annahme, daß das erste Gitter G1 bis herunter zu der Wellenzahl 2000 benutzt werden soll, das nächste Gitter G2 bis zur Wellenzahl 1000, das dritte Gitter G 3 bis zur Wellenzahl 500 usw. (so daß in der vorher beschriebenen Weise jedes Gitter nur über den Bereich einer einzigen Oktave verwendet wird), wird das Steuersignal für den Gitterweshsel am Ausgang 748 der Gitterprogrammierung von der Programmsteuerung des Gerätes immer dann ausgelöst, wenn die dezimal ausgedrückte Wellenzahl am Eingang 695 einen Wert erreicht, der 2000,0 dividiert durch N Wellenzahlen beträgt, wobei N = 1,2,4,8,16... gleich ist. Natürlich tritt zusammen mit dem Gitterwechsel auch ein Wechsel des Filters (wobei ein Filterwechsel doppelt so oft auftritt wie ein Gitterwechsel) in dem Ausführungsbeispiel auf. Weiterhin ist also vorgesehen, daß bei einer Anzeige an der Programmsteuerung des Gerätes über den Eingang 695, daß die Wellenzahl einen Wert von 2969,6 geteilt durch H (worin Ii wiederum die Werte der Zahlen der geometrischen Reihe 1,2,4>8... annehmen kann) hat, ein Steuersignal für den Filterwechsel über die Verbindungen 744 und 746 der Filterprogrammierung 730 zugeführt wird (wobei ein Wechsel der ungeradzahligen Filter in Fig. 11 zu geradzahligen Filtern beim (geometrischen) Mittel des Wellenzahlenbereiches jedes Gitters eintritt). Da es auf den genauen Zeitpunkt des Filterwechsis nicht ankommt, läßt sich das gleiche Ergebnis auch dadurch

109825/1271

erzielen, daß als Signal für den Jilterwechsel ein fast von der Mitte und vom Ende des Niedriggeschwindigkeitskodierers ausgehendes Signal verwendet wird (d.h. ein Signal, das "beim Wechsel vom 10» auf den 11. bzw. 23. auf den 24. Kontakt entsteht); in ähnlicher Weise ist es praktisch durchaus möglich, das Signal des letzten (z_oB. 23.) Abtastkontaktes des ^iedriggeschwindigkeitskondierers ebenfalls zur Auslösung des Gitterwechsels zu verwenden.

Wegen der relativ komplizierten Natur des Systems, das bereits schematisch im Zusammenhang mit der Pig. 15 beschrieben wurde, sei hier noch eine kurze allgemeine Zusammenfassung angeschlossen, sowie ein spezifisches Zahlenbeispiel, wodurch das Verständnis der Arbeitsweise dieses komplizierten Gerätes erleichtert wird. Wie bereits erwähnt,wird jedes Gitter über eine volle Drehung der Hauptnockenscheibe 32 verwendet, was einer vollen Umdrehung des Niedriggeschwindigkeitskodierers 210 und 25 Umdrehungen des Hochgeschwindigkeitskodierers 170 entspricht. Da die Kodierer nicht "wissen" könna*,welches Gitter gerade gedreht wird, geben sie unabhängig von dem jeweils verwendeten Gitter die gleiche Information, die allein durch die genaue Winkelstellung der nockenscheibe 32 bestimmt wird.

Als Beispiel sei angenommen, daß sich das erste Gitter G1 in einer solchen Winkelstellung (entsprechend der Winkelstellung der Nockenscheibe 32) befindet, daß die Strahlung am Ausgangsspalt exakt «ine Wellenzahl 3600,0 besitzt. Der Niedriggeschwindigkeitskodierer (der die "ersten" 6 am meisten signifikanten Binäretellen

109825/1271

über die Leitungen 626, 628, 628· dem Eegister zuführt)., befindet sich dann in einer Stellung, in der er anzeigt, daß der Kodiererabgriff 232 dem 17ο (von 25) Segment,, von der höchsten Wellenzahl her gerechnet, gegenüberliegt. Im Binärkode haben daher die ersten 6 signifikanten Binärstellen, die (bei 628*) dem Eegister 630 zugeführt werden, die 3?orm 100011. Da in der 16. signifikanten Stelle (bei einem Wert von 32768 in normalen Dezimal zahlen) d

eine positive Stelle vorhanden ist, desgleichen in der 12. signifikanten Stelle (bei einem Wert von 2048) und in der 11. signifikanten Stelle (bei einem Wert von 1024),entspricht dies einer Dezimalzahl von 32768 + 2048 + 1024 oder einem Gesamtwert von 35840 von den verlangten 36000 Dezimal "einheiten", die der Wellenzahl 3600,0 entsprechen. Der Hoehgeschwiniigkeitskodierer liefert die nächsten 10 Binärstellen (so daß seine höchste Zahl oder die 1/10 Stelle in Dezimalform der Zahl 512 entspricht) und damit auch die notwendigen zusätzlichen 160 Dezimal

"Zählungen¹·_β Im einzelnen liegt am Ausgang 200 ™

des Hochgeschwindigkeitslodierers im Grey-Kode die Zahl 0011110000an, die nach der Umwandlung in die Binärform am Eingang 612' als eine 10-stellige Binär-"Zahl" 0010100000erscheint. Das Signal bei 672, 674, das anzeigt, welches Gitter gerade in Gebrauch ist, wird in diesem Falle 31 Verschiebungen und Einstellungen des Registers 630 mittels der Schaltung 680 (und ihrer Wirkverbindungen 682, 684) hervorrufen, so daß das Signal

109825/1271

in der binär|todierten Dezimalform 0011-0110-0000-0000-0000 ist, so daß die erste binärkodierte Dezimalgruppe (von 4), die die erste am meisten signifikante Dezimalstelle darstellt, durch die Einheit 690 in Form einer 3 entschlüsselt wird, die zweite signifikante Gruppe (von 4) binärkodierten Dezimaleinheiten ergibt die nächste signifikante Stelle mit einem dezimalen Wert 6, während die übrigen Gruppen in den letzten 3 Stellen (auch in der Dezimalform) den Wert 0 ergeben, so daß die an den Ausgängen 692 und 694 erzeugte Dezimalzahl den Wert 3600,0 besitzt«,

Der Haupteffekt des Wechsels der Gitter von dem für die größten Wellenzahlen G1 besteht darin, daß die 31 Verschiebungen und Einstellungen, die oben erwähnt worden sind, auf 29 solche Verschiebungen und Einstellungen für das zweite Gitter G2 verringert werden; in ähnlicher Weise erfolgen nur 27 Verschiebungen und Einstellungen, wenn sich das dritte Gitter G3 in Betriebsstellung befindet usw. (wobei für jedes der nächstfolgenden Gitter für die niedrigeren Wellenzahlen G4 usw. jeweils 2 Verschiebungen und Einstellungen weniger erforderlich werden). Bei Gebrauch des Gitters G2 (mit einem nominellen Wellenzahlenbereich von z.B. 2000 bis 1000) wird durch diese 29 Verschiebungen das endgültige Ausgangssignal bei der Wellenzahl 1800,0 liegen (d.h. die Hälfte von 3600,0), weil 2 Verschiebungen weniger erfolgten.

Claims

Patentansprüche

1.) Selbsttätiger Abtastmonochromator mit einem Träger zur Halterung von mehr als zwei Hauptzerlegungselementen, mit Mitteln zur Zuführung der zu zerlegenden Strahlung, mit Mitteln zur Bewegung des Trägers in der Weise, daß jedes der Zerlegungselemente in eine bestimmte Wirkstellung in den Strahlengang eingebracht werden kann, mit einem Hauptantrieb, der mit dem Träger zu dessen Bewegung in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellungsfühler (240, 260, 298) aus einem mit dem Träger (30, 50) verbundenen Teil (240) und einem feststehenden, mit der Trägerlagerung (63) verbundenen Teil (260), wobei diese Teile bei Bewegung des Trägers gegeneinander beweglich sind, vorgesehen ist, daß jedes einzelne der Vielzahl von Zerlegungselementen (GM bis G-7) in eine einzige, besondere Wirk-, stellung (OG) einbringbar ist und in dieser Stellung das wirksame Zerlegungselement des Monochromators bildet, und, dafl ein Signal (299) zur Anzeige der jeweiligen Stellung des Trägers und damit der darauf befindlichen Zerlegungselemente verfügbar ist·

2. Abtastmonochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Träger (30, 50) in Wirkverbindung stehender Wellenzahlabtastarm (34) vorgesehen ist, daß der Abtastarm um eine Achse (GA) mittels damit in Antriebeverbindung stehender Abtaatmittel (32, 100) drehbar gelagert ist, und, daß ein einziger Abtaetarm

109825/1271

Ol

zur Verdrehung des jeweils in ¥irksteilung (OG) befindlichen Hauptserlegungselementes (GMj Gr2f ...) vorgesehen ist.

Abtastmonochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastana (-34) starr mit der bewegbaren Lagerung (51, 57, 59) des Trägers (30, 50) verbunden ist, daß der Träger als Drehtisch ausgebildet ist, daß ein Hauptantrieb (80) über wenigstens eine drehbare mechanische Kraftübertragung (64, 66) mit dem Träger verbunden ist, daß diese Kraftübertragungsmittel eine wirksame Drehachse (64) besitzen, daß die Drehachse mit der Drehachse (GA) des Abtastarmes (34) zusammenfällt, und, daß die Bewegung des Trägers (30, 50) unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung des Abtastarmes zur Einbringung irgendeines der Hauptzerlegungselemente (G1j G2j ...) in die Wirkstellung (OG) drehbar ist.

Abtastmonochromator nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß das HauptZerlegungselement (G1j G2;...) zur Zerlegung der Strahlung in unterschiedliche lichtungen bei Drehung um eine parallel zur zerlegenden Fläche verlaufenden Achse (GA) eingerichtet ist, daß die Drehachse des Abtastarmes (34) parallel zu dieser Achse verläuft und im wesentlichen mit ihr zusammenfällt, und, daß unabhängig von dem jeweils in Wirkstellung (OG) befindlichen Zerlegungselement bei Drehung des Abtastarmee das jeweils wirksame Zerlegungselement um seine Zerlegungsaehse (GA) drehbar ist·

109825/1271

5. Abtastmonoehromator nach. Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegungselemente als Beugungsgitter (G1 bis G7) ausgebildet sind, und, daß die Zerlegungsaehse (GA) in der Gitteroberfläche und parallel zu den Furchen in der Gitterflache verläuft.

Abtastmonoehromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel zur Verdrehung des Wellenzahlenabtastarmes (34) aus einer Hauptabtastnockenscheibe (32) bestehen, daß die Nockenscheibe starr und mit einer Mehrzahl von Nockenflachen (44, 46) ausgebildet ist, daß der Wellen zahlenabtastarm einen den Nockenflachen anliegenden Mitnehmer (36) aufweist, und, daß zusätzliche Bewegungsmittel (460, 470, 480) zur Anlage des Mitnehmers des Abtastarmes an jeweils eine der Nockenflächen vorgesehen sind«

Abtastmonoehromator nach Anspruch 1, dadurch ge- A

kennzeichnet, daß Präzisionseinstellmittel (240, 310, 340), von denen ein beweglicher Teil (340) eine erste, arretierende und eine zweite, gelöste Stellung einnehmen kann, vorgesehen sind, daß diese Einstellmittel in ihrer arretierenden Stellung zum starren Eingriff mit dem bewegbaren Träger (30, 50) angeordnet sind, und, daß der Träger durch die bewegbaren Einstellmittel in einer Reihe von ganz bestimmten Stellungen entsprechend der Anordnung jeweils eines anderen Zerlegungselementes (G1 bis G?) in der Wirkstellung (OG) arretierbar ist.

109825/1771

-jr-ΊΙΗ

8. Abtastmonochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Lager des als Drehtisch ausgebildeten Trägers (30, 50) ein Drehlager (51, 57, 59) darstellt.

9. Abtastmonochromator nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (340) in ihrer arretierenden Stellung zum starren Eingriff mit dem beweglichen Drehtisch (30, 50) angeordnet sind, und, daß der Drehtisch durch die Einstellmittel in einer Reihe von ganz bestimmten Stellungen entsprechend der Anordnung jeweils eines anderen Zerlegungselementes (G1 bis G7) in der Wirkstellung (OGr) arretierbar ist.

10, Abtastmonochromator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel eine Vielzahl von mit dem Drehtisch (30, 50) starr verbundenen Anschlägen (320) aufweisen, daß die beweglichen Einstellmittel (340) in ihrer Arretierungsstellung in dem Weg der Anschläge (320) angeordnet sind, und, daß in dieser Stellung der Einstellmittel (320, 340) der Drehtisch (30, 50) mit einem der Zerlegungselemente (GM; G2;...) in der Wirkstellung (OG) befindlich ist.

11. Abtastmonochromator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel ein riockenscheibenartiges Glied (240) in starrer Verbindung mit dem Drehtisch (30, 50) aufweisen, daß dieses Glied mit einer Reihe von im wesentlichen identischen, nockenartig am Umfang angeordneten Vorsprüngen (241 bis 247) versehen ist, daß ein federnd gegen diese

1 0 y 8 ) S / 1 ? 7 1

ns

Vorsprünge vorgespannter Schwenkhebel (260) mit einem Mitnehmer (286) vorgesehen ist, und, daß der Drehtisch (30, 50) unter der Wirkung der Vorspannung des Schwenkhebels mit den Anschlägen (320) unter Druck gegen die Arretierung (340) gehaltert ist.

12. Abtastmonochromator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der federnd vorgespannte Schwenkhebel (260) ein Schalterbetätigungsglied (294) aufweist, daß das Schalterbetätigungsglied einem Schaltarm (296) eines elektrischen Schalters (298) benachbart angeordnet ist, daß der Schalter einen Teil einer Steuereinrichtung (670) bildet, daß mittels dieses Schalters und der Steuereinrichtung ein den Hauptantrieb des Drehtisches (30, 50) bildender Elektromotor (80) ansteuerbar ist, und, daß der Drehtisch in eine Reihe von Winkelstellungen durch Zusammenwirken der Vorsprünge (241 bis 247) mit dem Schalter (298) über die Schwenkarme (280, 290) und das Betätigungsglied (294) einstellbar ist.

13» Abtastmonochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptzerlegungselemente (G1 bis Gr7) voneinander unabhängig einstellbar auf dem Träger (30, 50) angeordnet sind, und, daß jedes einzelne Zerlegungselement (G-1 ? Ö2;.._.) nach Einbringen in die Wirkstellung (OG-) in eine gewünschte, genau vorbestimmbare Winkelstellung einstellbar ist«

10Ö82S/1271

H. Abtastmonochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (299) der Präzisionseinstellmittel (240, 310, 340) mit einer Steuereinrichtung (670, 750) in Wirkverbindung steht, daß ein Ausgang (752) der Steuereinrichtung mit der Energieversorgung des Hauptantriebs (80) verbunden ist, und, daS der Drehtisch (30, 50) zum Einbringen jeweils eines bestimmten Zerlegungselementes (GMj Gr2| .«,) in die Wirkstellung (OG) mittels der Steuereinrichtung und des Motors (80) in eine jeweils vortoestimmbars Stellung einstellbar ist«

15» Abtastmonochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer bewegbarer Träger (PW) vorgesehen ist, daß auf diesem Träger wenigstens drei zweite optisch wirksame Elemente (501, 502, 503, ...) angeordnet sind, daß Antriebsmittel (40, 41) sur Bewegung des Trägers vorgesehen sind, daß zweite Stellungsfühler vorgesehen sind, von denen ein Glied (560) direkt auf den Träger (W) und andere (552, 554, ...) auf ©iaem feststehenden Bauteil (550) angeordnet sind, und* daß die jeweilige Stellung des Trägers und damit das Jeweilig wirksame zweite optische Element durch ein Aus gang s signal anzeigbar ist«,

16. Abtastmonochromator nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (S70) mit dem Ausgang (299) der ersten SinetsIlMlttel verbunden ist, daß der Ausgang der Steuereinrichtung la Wirkverbindung mit der Energieversorgung des Hauptantriebs (80) des Trägers (30, 50) der

109825/1271 BAD ORIGINAL

lit

HauptZerlegungselemente (G1 bis G7) steht, und, daß der Träger (30, 50) unter Einwirkung der Steuereinrichtung in eine jeweilig vorbestimmbare Stellung entsprechend der Wirkstellung (OG) der jeweilig vorbestimmten Zerlegungselemente (Gt S G2| ·,.) einstellbar ist«,

17. Abtastmonochromator nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (670) mit den Ausgängen (299» 552, ...) der ersten und zweiten Einstellmittel in Wirkverbindung steht, daß ein Ausgang (748) der Steuereinrichtung mit der Energieversorgung des Antriebs (80) für den die HauptZerlegungselemente (G1 bis G7) tragenden Drehtisch (30, 50) verbunden ist, daß ein anderer Ausgang (744) der Steuereinrichtung mit dem Antrieb (40) für die Bewegung des Trägers (Ftf) der zweiten spektroskopisch wirksamen Elemente (501, 502, 503, ...) verbunden ist, und, daß mittels der Steuereinrichtung über den Hauptantrieb (80) bzw. den Trägerantrieb (40) sowohl der Drehtisch (30, 50) als auch der Träger (Ftf) unter Einbringen des jeweiligen Zerlegungselementes (G-If G2; ...) in die Wirkstellung (OG) und des jeweiligen zweiten Elementes (501, 502, 503, «..) in die entsprechende Wirkstellung (OF) bewegbar ist·

109825/1271