DE2063533A1 - Verfahren und Anordnung fur spektro skopische Messungen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÖNCHEN HAMBURG MÖNCHEN

NEUE POSTANSCHRIFT

^Π 8 MDNCHEN

POSTFACH

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8000 Manchen 22 · Liebherrstraße 20 . Tel. (0811) 22 65 2000 Hamburg 52 · Walzstraße 12 .Tel.(0411)89 22

J
IHRENACHRICHTVOM UNSERZEICHEN MÖNCHEN

A 95

Shimadzu Seisakusho Ltd. Kyoto / Japan

Verfahren und Anordnung für spektroskopische Messungen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung für spektroskopische Messungen, insbesondere für die Anwendung in der Spektralanalyse, wobei die Intensität der Strahlungsenergie vorteilhafterweise vergrößert werden kann, ohne die oft damit verbundene Einbuße an Auflösung.

Es sind die verschiedensten Arten von spektroskopischen Instrumenten, insbesondere mit Beugungsgittern oder Prismen

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bekannt. Alle diese spektroskopischen Instrumente haben ein gemeinsames Merkmal, nämlich die Verwendung eines einzigen geradlinigen' Spaltes in dem optischen System. Bei diesen bekannten Instrumenten ist es jedoch wohl bekannt, daß die Verwendung eines schmalen Spaltes zur Erzielung eines ausreichenden Auflösungsvermögens erforderlich ist, während die Verwendung eines breiten Spaltes für eine Vergrößerung der zu messenden Strahlungsintensität erwünscht wäre. Diese beiden Forderungen sind bei den bekannten Verfahren miteinander unvereinbar, obwohl die Realisierung beider Forderungen erwünscht ware.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Schwierigkeiten zu lösen und ein neuartiges System für spektroskopische Messungen, Insbesondere für Spektralanalysen zu,schaffen, welches beide oben genannten Forderungen erfüllt.

be Das erfindungsgemäße Verfahren ruht im wesentlichen aus

der Ausnutzung einer Vielzahl von Streifen· oder Moire-Mustern. Um das Auslösungsvermögen des spektroskopischen Instrumentes ohne Einbuße an Strahlungsintensität zu vergrößern, sind zwei Gitter mit je dner Vielzahl von engen Schlitzen an der Eintrittsseite und der Austritbsseite, bezüglich der Lichtquelle gesehen, angeordnete Die spektroskopische Messung wird dadurch durchgeführt, daß

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ein Streifenmuster, welches von einem Strahlungsbündel einer gewünschten oder eingestellten Wellenlänge gebildet wird und welches statisch in Bezug auf die Bewegung des Austrittsgitters ist, von anderen Streifenmustern getrennt wird, die von anderen Strahlungsbündeln gebildet werden und sich dynamisch bezüglich einer Bewegung des Austrittsgitters verhalten. Um die.elektrische Messung der Strahlungsintensität zu erleichtern, können Mittel vorgesehen sein, um dem von einem Photomultiplier zu messenden Lichtbündel einen impulsartigen Verlauf zu geben.

Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein mit einer Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Schlitzen versehenes Eintrittsgitter, ein dispergierendes Element in Form eines Beugungsgitters oder Prismas zum wellenlängenmäßigen Zerlegen eines Lichtbündels, und ein Austrittsgitter von gleicher Konstruktion wie das Eintrittsgitter, wobei alle diese Elemente so angeordnet sind, daß auf dem Austrittsgitter eine Vielzahl von sich überlagernden Streifenmustern gebildet werden, wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um an Hand der Streifenmuster das Lichtbündel der gewünschten, eingestellten Wellenlänge von den anderen Lichtbündeln zu diskriminieren.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein einziges Gitter mit einer Vielzahl von geradlinigen,

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in gleichen Abständen nebeneinander liegenden Schlitzen vorgesehen, sowie ebenfalls ein dispergierendes Element in Form eines Beugungsgitters oder Prismas, und ein optisches System, welches durch die von dem dispergierenden Element erzeugten Lichtbündel von verschiedener Wellenlänge eine Vielzahl von sich überlagernden Streifenmuster auf dem Gitter bildet, wobei durch diese Streifenmuster eine Trennung eines Lichtbündels von spezifischer Wellenlänge von anderen Lichtbündeln möglieh ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um dem durch das Streifenmuster übertragenen Lichtbündel von spezifischer Wellenlänge durch regelmäßige und häufige Unterbrechungen einen pulsierenden Verlauf zu geben, um eine elektrische Messung der Intensität des Lichtbündels von der spezifischen Wellenlänge zu ermöglichen.

Vor der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden eine kurze Erläuterung eines Streifenoder Moiremusters gegeben. Es ist bekannt, daß,wenn man zwei Schlitzscheiben mit je einer Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Schlitzen mit gleicher Anzahl und Abmessung übereinander legt und dann in entgegengesetzten Richtungen bewegt oder dreht, die Bildung von bestimmten Streifenmustern beobachtet wird, die im allgemeinen als Moiremuster bezeichnet werden. In der folgenden Beschrei-

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bung der Erfindung, bei der zwar eine Vielzahl derartiger Moiremuster auftreten, spielt gleichwohl diese einfache Form des Moiremusters eine wichtige RoI^ da sie zur Trennung eines Strahlungsbündels von spezifischer bzw. gewünschter Wellenlänge von Strahlungsbündeln mit anderer Wellenlänge verwendet wird.

Diese beiden Gitter werden im folgenden als Eintrittsgitter und Äustrittsgitter bezeichnet, wobei die Bedeutung der Bezeichnungen Eintritt und Austritt sich ohne weiteres aus der folgenden Beschreibung ergibt und im übrigen für den Fachmann verständlich ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Instrumentes.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von Fig.

Fig. 3a und j>b zeigen in schematischer Darstellung Möiremuster, die von einem Strahlungsbündel der zu messenden Wellenlänge und von .einem Strahlungsbündel der anderen Wellenlänge gebildet sind.

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Fig. 4 zeigt in vergrößertem Längsschnitt den oberen Teil der in Pig. 1 dargestellten Meßanordnung in anderer AusfUhrungsform.

Pig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig; 4. Pig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI von Pig.

Fig. 7 zeigt einen schematischen Strahlengang zum besseren Verständnis des erfinduhgsgemäßen Meßprinzipsi

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführüngsform eines erfindungsgemäßen Meßsystems mit dem in Fig. 7 gezeigten Strahlengang.

FIg, 9 zeigt perspektivisch einen Teil des- in Fig. 8 gezeigten Meßsystems.

Fig. Io zeigt eine Schaltung zum Umwandeln der gemessenen Strahlungsintensität in ein elektrisches Signal.

Fig. 11 zeigt, schematisch den zeitlichen Betriebsablauf der verschiedenen' Teile des Meßsystems.

Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführüngsform des spektroskopischen Meßsystems gemäß der Erfindung, bei der der Diskriminator, der das von Strahlungen mit der

Sol!wellenlänge gebildete Moiremuster von den von Strahlung anderer Wellenlänge gebildeten Moiremustern trennt, aus einer optischen Einrichtung besteht.

Mit 11 ist ein Träger oder eine optische Bank bezeichnet, auf dem in geeignetem Abstand zwei Rohre 12 und 13 in Lagern 14 und 15 drehbar gelagert sind. Am rechten Ende des Rohres 12 ist ein Zahnrad 16 angeordnet, dessen Zähne 17 mit einem an der Ausgangswelle 19 eines Motors 2o angeordneten Ritzel 18 in Eingriff sind. Am rechten Ende des Rohres IJ ist ein Zahnrad 21 von gleicher Konstruk tion wie das Zahnrad Io ausgebildet, dessen Zähne 22 ebenfalls mit dem Ritzel 18 in Eingriff sind. Der Motor 2o kann somit die beiden Rohre 12 und 15 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl in gegenläufige Umdrehung versetzen. Bei einer anderen Ausführungsform können die beiden Rohre 12 und IJ auch in der gleichen Richtung umlaufen. Am linken Ende des Rohres 12 ist eine Riemenscheibe 2j5 angeordnet, die auch einstückig am Rohr angeformt sein kann.

Mit 24 ist ein als Riemenscheibe ausgebildetes Rad bezeichnet, das eine Nabe 25 und zwei segmentförmige in denen eine Kollimatorlinse 26 bzw. ein achromatisches Prisma 2? angeordnet ist. Die Nabe 25 des Rades 24 sitzt auf einer Welle 28, deren anderes Ende an dem Träger 11 in einem geeigneten Lager 29 derart gelagert ist, daß durch Drehung des Rades 24 jedes der beiden Fenster vor

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das Rohr I3 gebracht werden kann. Diese Drehung kann bewirkt werden mittels eines endlosen Riemens,, der über die Riemenscheibe 23 und das Rad 24 gelegt ist.

Man erkennt bei dieser Anordnung, daß,, wenn der Motor 2o läuft, die Rohre 12 und 1> mit gleicher Drehzahl gegenläufig rotieren und daß synchron zu dem Rohr 12.auch das Rad 24 mittels des endlosen Riemens 3o zur Rotation gebracht werden kann.

In dem Rohr 12 sind ein Eintrittsgitter 3I mit einer Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Schlitzen und eine Feldlinse 32 starr angeordnet, und zwar ausgerichtet bezüglich einer optischen Achse 33 und einer Lichtquelle 34. Entsprechend sind im Rohr 13 ein Austrittsgitter 35 mit einer Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Schlitzen, eine Blende 36 und eine Feldlinse 37 * angeordnet, ebenfalls ausgerichtet nach einer optischen Achse 33 und einem Photomultiplier 38.

Das Eintrittsgitter J>1 kann bezüglich der Anzahl und Abmessungen der Schlitze von gleicher Konstruktion wie das Austrittsgitter 35 sein und aus Metall oder Kunststoff-Folie bestehen. Falls für die beiden Gitter 3I und 35 ''* Metall verwendet wird, können die Schlitze durch bekannte

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Ätzverfahren hergestellt werden. Für die gegenseitige Stellung der beiden Gitter 3I und 35 besteht keine Vorschrift. Im folgenden wird jedoch der Einfachheit der Beschreibung halber angenommen, daß die Längsrichtung der Schlitze im Eintrittsgitter Jl gegenüber der Längsrichtung der Schlitze im Austrittsgitter 35 um einen Winkel θ verdreht ist (vgl. Pig. 3) j wobei dieser Verdrehungswinkel θ so gewählt ist, daß das im folgenden noch zu beschreibende Moiremuster deutlich wiedergegeben wird.

Im Lichtweg 33 befinden sich eine Korrekturlinse j59 zur Korrektur des Weges des von der Lichtquelle 3^ kommenden, vom Eintrittsgitter 3I durchgelassenen Lichtes, ein erster Reflektor, der das Licht von der Lichtquelle auf ein Beugungsgitter Jl wirft und ein zweiter Reflektor 42, der.die gebeugten Strahlungsbündel durch das Austrittsgitter 35 auf den Photomultiplier 38 lenkt. Diese Elemente 39, 4o, 41 und 42 werden von änem (nicht dargestellten) Teil der optischen Bank 11 oder einem anderen geeigneten Träger in an sich bekannter Weise getragen.

Die optischen Elemente sind so angeordnet, daß ein Bild des Eintrittsgitters j51> welches von einem Strahlungsbündel einer bestimmten Wellenlänge, dessen Intensität gemessen werden soll, getHdet wird, auf das Austrittsgitter 35 projiziert wird, wobei sein Zentrum mit dem des Austrittsgitters 35 zusammenfällt. Zum besseren Verständnis wird

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im folgenden angenommen, daß jedes Gitter 31 oder 55 < kreisförmig ausgebildet ist und einen einzigen, durch den. Mittelpunkt gehenden Schlitz aufweist, der in Fig. 3 mit I bzw. K angedeutet ist. Wie man aus Fig. 3 ohne weiteres versteht, sind die optischen Elemente so angeordnet, daß - wenn das Beugungsgitter 41 zunächst weggedacht wird, das von der Lichtquelle gebildete Bild des Eintrittsgitters auf das Austrittsgitter so projiziert wird, daß der Mittelpunkt des Eintrittsgitters mit dem des Austrittsgitters

P zusammenfällt, wie wenn die beiden Gitter übereinandergelegt wären. Da jedoch das Beugungsgitter 41 das einfallende Strahlungsbündel in eine Vielzahl von Strahlungsbündel unterschiedlicher Wellenlänge zerlegt, ist es offensichtlich, daß in der Praxis eine Vielzahl von Bildern des Eintrittsgitters Jl von den gebeugten Strahlungsbündeln gebildet werden, die ihrerseits auf das Austrittsgitter 35 projiziert werden. Man beobachtet dann die Bildung einer Vielzahl von gestreiften Mustern auf dem Austritts-

fc gitter, wenn dieses von der rechten Seite von einem dem Photomultiplier entsprechenden Punkt her beobachtet wird. Jedes dieser Streifenmuster wird im allgemeinen als Moiremuster bezeichnet.

Da erfindungsgemäß die beiden Rohre 12 und 13 und damit das Eintritts- und Austrittsgitter 31 und 35 gegeneinander rotleren, wird nur eines der Streifen oder Moiremuster bezüglich der Rotation der Gitter im statischen Zustand

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bleiben, nämlich dasjenige, welches von einem Strahlungsbündel einer ganz bestimmten Wellenlänge gebildet wird, dessen Intensität gemessen werden soll, während die anderen Streifen- oder Moiremuster sich bezüglich der Rotation der Gitter dynamisch verhalten. Dies wird näher beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. J5, die schematisch verschiedene während der Rotation des Eintrittsgitters 31 und Austrittsgitters 35 auftretende Momentanbilder zeigen, und zwar von dem dem Photomultiplier 38 entsprechenden Punkt aus gesehen, . ■ ■

Der Einfachheit halber ist in Pig. 3 nur ein durch den Mittelpunkt O des Austrittsgitters 35 gehender Schlitz K dargestellt. Entsprechend wird nur ein durch den Mittelpunkt des Eintrittsgitters jjl laufender Schlitz verwendet, und es wird angenommen, daß dieser Schlitz des Eintrittsgitters 58 durch an Strahlungsbündel von spezifischer Wellenlänge auf dem Austrittsgitter 35 in Form eines Spaltbildes I abgebildet wird, welches den Schlitz K des Austrittsgitters im Mittelpunkt schneidet. Da das Beugungsgitter 41 das Strahlungsbündel der Lichtquelle 34 durch Beugung zerlegt und einige der gebeugten Strahlungs-'bündel durch das Rohr 13 laufen, erhält man eine Vielzahl von Bildern des Spaltes des Eintrittsgitters, die von anderen gebeugten Strahlungsbündeln als dem mit der gewünschten Wellenlänge gebildet werden. Stellvertretend für alle diese anderen Spaltbilder ist in der Zeichnung

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ein weiteres Spaltbild I' dargestellt, welches parallel zu dem Spaltbild I verläuft. Der Abstand d zwischen den beiden Spaltbildern I und I¹ hängt ab von den Eigenschaften des verwendeten Beugungsgitters und ist normalerweise proportional zu dem Winkel, um welchen das das Spaltbild I^f bildende Strahlenbündel gegenüber dem das Spaltbild I bildende Strahlungsbündel gebeugt wird. Das Moiremuster besteht aus einer Vielzahl von dunklen Bändern, von denen in Fig. 3 nur zwei dargestellt und Μχ und M2 bezeichnet * sind.

Das Prinzip, nach welchem die Intensität der Strahlung mit der gewünschten Wellenlänge unter Verwendung der Moiremuster gemessen werden kann, wird im folgenden beschrieben.

Wenn das Eintrittsgitter 3I und das Austrittsgitter 35 gegeneinander gedreht werden, bleibt nur das von dem \ StrahlüngsbUndel mit der gewünschten Wellenlänge gebildete Moiremuster unverändert, während die von den anderen Strahlungsbündeln gebildeten Moiremuster sich verändern. Wenn beispielsweise das Eintritts- und Austrittsgitter um einen Winkel fc verdreht werden, erhält man statt der Stellung gemäß Fig. Ja diejenige gemäß Fig. 3t». Die gegenseitige Lage des Spaltbildes I und des Schlitzes K des Austrittsgitters und der von ihnen eingeschlossene Winkel θ ändern

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sich nicht und das von dem Strahlungsbündel der gewünschten bzw. eingestellten Wellenlänge gebildete Moiremuster bewegt sich nicht.

Ein anderes Spaltbild I¹ hat sich jedoch um den Drehpunkt O¹ gedreht, so daß in der Stellung gemäß Pig. ^b der Abstand d sich auf d' verringert hat. Diese Verringerung des Abstandes d bewirkt eine Bewegung des Moiremusters. Mit anderen Worten, jedesmal wenn die Differenz zwischen den Abständen d und d¹, d.h. die Größe(d - d¹) ein ganzzahliges Vielfaches einer von den Eigenschaften des Gitters abhängenden Konstante ist, verschiebt sich das Moiremuster um eine Einheit.

Man erkennt aus den vorstehenden Angaben, daß das von dem Strahlungsbündel der eingestellten Wellenlänge gebildete Moiremuster im Stillstand bleibt, während die von den anderen Strahlungsbündeln gebildeten Moiremuster sich dynamisch verhalten, wenn Eintritts- und Austrittsgitter 51, j55 rotieren.

Wie man aus Pig. 1 sieht, ist die erfindungsgemäße spektroskopische Meßanordnung mit einer Diskriminatoreinrichtung versehen, die das von dem Strahlungsbündel der eingestellten Wellenlänge gebildete Moiremuster, d.h. das statische Moiremuster, von den von den StrahlungsbUndeln anderer Wellenlängen gebildeten Moiremustern,

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d.h. den dynamischen Moiremustern, trennt.

Diese Diskriminatoreinrichtung umfaßt die Blende 36 und die Kombination der Kollimatorlinse 26 mit dem achromatischen Prisma 27, welches vorzugsweise.einen geringen Brechungswinkel hat. Wie bereits erwähnt, sind die Linse 26 und das Prisma 27 auf dem als Riemenseheibe ausgebildeten Rad 24 angeordnet, welches synchron mit der Drehung der beiden Rohre 12 und I3 in Rotation versetzt werden kann.

Die Blende 36 ist starr ih dem Rohr 13 angeordnet, und zwar zwischen dem Austrittsgitter 35 und der Feldlinse 37· Es ist mit einer Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Schlitzen versehen. Dieses Gitter 36 sollte so angeordnet sein, daß jeder Schlitz des Gitters 36 sich mit einem entsprechenden dunklen Streifen des statischen Moiremusters deckt. Mit anderen Worten die Breite jedes Schlitzes der Blende 36 entspricht der Breite jedes dunklen Streifens des statischen Moiremusters.

Die Anordnung der Diskriminiereinrichtung ist so getroffen, daß während einer Periode, in der sich die Kollimatorlinse26 vor dem Austrittsgitter 35 befindet, das Strahlungsbündel mit der eingestellten Wellenlänge voll-

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ständig abgeschirmt wird und die Intensität der von den dynamischen- Moiremustern repräsentierten Strahlungsbündeln mittels des Photomultipliers 38 gemessen werden kann. Während einer anderen Periode wird das achromatische Prisma 37 vor das Austrittsgitter 35 gebracht. Hierdurch werden alle Strahlungsbündel abgelenkt, so daß die statischen und dynamischen Moiremuster sich aus ihrer Normallage in eine abgelenkte Lage verschieben. Somit kann die von den statischen und dynamischen Moiremustern übertragene Strahlungsintensität durch den Photomultiplier 38 gemessen werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die von den synamischen Moiremustern durchgelassene Strahlungsintensität entsprechend der Rotation des Rohres 13 bzw. entsprechend der Bewegung der dynamischen Moiremuster periodisch schwankt, und zwar während der ganzen Zeit, in der die Linse 26 sich vor dem Austrittsgitter 35 befindet.

If

Die Lichtintensität, die der Photomultiplier 38 während der Priode, in der sich das Prisma 27 vor dem Austrittsgitter 35 befindet, mißt, sei mit Io1 bezeichnet, während die vom Photomultiplier gemessene Lichtintensität während der Periode, in der sich die Kollimatorlinse 26 vor dem Austrittsgitter 35 befindet, mit log bezeichnet sei. Die zu messende Intensität des Strahlungsbündels der eingestellten Wellenlänge ergibt sich dann als die Differenz

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der beiden gemessenen Intensitäten, d.h. Ιοχ -■ lOp.

Das Rad 24 mit der Linse 26 und dem Prisma 27 kann ersetzt werden durch eine drehbare Reflektoreinrichtung, die mit zwei reflektierenden Ebenen versehen ist, die gegeneinander bezüglich ihrer gemeinsamen Trägerachse um einen bestimmten Winkel verdreht sind. Diese Reflektoreinrichtung kann so angeordnet werden, daß jeder von dem Reflektor 42 reflektierte Lichtstrahl nach Reflektion fc an dem einen oder anderen der beiden reflektierenden Ebenen durch das Austrittsgitter 35 läuft.

Statt der vorstehend beschriebenen optischen Einrichtung kann" auch eine mechanische Einrichtung als Diskriminator verwendet werden. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, die nur den hierzu gehörenden Teil der gesamten Meßeinrichtung in größerem Maßstab zeigt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Diskriminatoreinrichtung eine bewegliche Blende 44 mit zwei Langlöchern 45 und 45' und einer Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Schlitzen 53. Diese bewegliche Blende 44 ist am linken Ende des Rohres IJ mittels zwei Befestigungsschrauben 46 und 46' lose befestigt, die sich durch die Langlöeher ,45 und 45^f erstrecken. Diese Befestigungsschrauben 46 und 46' dienen auch zur Begrenzung der Verschiebung der

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Blende 44, wie noch beschrieben wird.

Die bewegliche Blende 44 hat, wie aus Fig. 5 ersichtlich, die Form einer Nockenscheibe mit zwei einander an ihrem Umfang gegenüberliegenden Nocken. Beispielsweise kann die bewegliche Blende 44 aus zwei halbkreisförmigen Teilen mit dem Radius R bestehen, die gegeneinander verschoben sind, wobei der Betrag dieser Verschiebung dem Abstand zwischen den Mittelpunkten Pi und P2 der beiden Halbkreise entspricht. Selbstverständlich kann die bewegliche Blende 44 einstückig auf beliebige bekannte Art in der in Fig. 5 gezeigten Form ausgebildet werden.

Oberhalb der beweglichen Blende 44 ist eine Rolle 50 angeordnet, die an der optischen Bank 11 drehbar gelagert ist mittels einer Befestigungsschraube 52, die sich durch eine öffnung 51 in der Rolle erstreckt. In der in Fig, dargestellten Lage, in der die bewegliche Blende beispielsweise in ihre zweite Lage bewegt worden ist, befindet sich die Rolle 5o in Kontakt mit dem Umfang des rechten halbkreisförmigen Teiles der Blende 44. Wenn jedoch die Blende· 44 gedreht und damit in ihre erste Lage gebracht wird, liegt die Rolle 5o im Umfang des linken halbkreisförmigen Teiles der Blende 44 an. Dies kann durch die auf die bewegliche Blende 44 wirkende Zentrifugalkraft erreicht werden, da die Blende synchron mit der Drehung des Rohres 1;5 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl umläuft.

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jig

Wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten Pl und ' P2 gleich dem halben Streifenabstand des statischen Moiremusters ist, kann das statische Moiremuster bei Drehung des Rohres I^ bzw. des Austrittsgitters j55 zur Deckung oder außer Deckung mit den Schlitzen der beweglichen' Blende 44 gebracht werden. Man erkennt, daß hiermit dasselbe erreicht werden kann, Wie mit der oben beschriebenen optischen Diskriminiereinrichtung.

W Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Verschiebungsstre^ke der beweglichen Blende 44 aus ihrer ersten Läge in die zweite Lage gleich der Differenz zwischen den Mittelpunkten Pi und P2 oder gleich einem gahzzähligen Vielfachen des halben Abstandes zwischen je zwei benachbarten dunklen Streifen des statischen Moiremusters ist.

Links von der beweglichen Blende 44 ist eine Scheibe κ 47 angeordnet, an welcher eine Mittelöffnung 48 von gleichem oder größerem Innendurchmesser wie das Rohr 13, ein bogenförmiger Ausschnitt 55 und ein bogenförmiger Vorsprung 54 ausgebildet sind, wie aus Pig. 5 ersichtlich. In dieser Scheibe 4? sind auch zwei Löcher 47a und 47b ausgebildet, durch welche sich die Befestigungsschrauben 46 und 46' erstrecken«, Die Scheibe .47 liegt jedoch gegen die Köpfe der Befestigungsschrauben 46 und 46' an und 1st gegen eine Verschiebung durch Beilagscheiben 49 und 49' gesichert.

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An der optischen Bank 11 sind in der Bewegungsbahn des Ausschnittes 55 und des Vorsprunges 5^ Schalter Sl, S2, S3 und S4 angeordnet, von denen nur die beiden Schalter Sl und S3 dargestellt sind. Diese Sehalter sind in der Schaltung gemäß Pig. Io angeordnet. Die Schalter Sl und S2 können von dem Ausschnitt 55 geschlossen werden, während die' übrigen Schalter S3 und S4 von dem Vorsprung 5^ geschlossen werden. Die Anordnung dieser Schalter in Bezug auf die Drehung der Scheibe wird später im Zusammenhang mit der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen spektroskopischen Meßsystems erläutert, unter Bezugnahme auf Fig. 11. Es sei Jedoch angemerkt, daß die Scheibe zusammen nLt den Schaltern als Zerhacker wirkt, um dem durch die Moiremuster übertragenen Lichtbündel von eingestellter Wellenlänge durch regelmäßige rasche .Unterbrechungen einen ImpulsCharakter zu verleihen. Durch diesen Zerhacker wird jedoch das Liehtbündel nicht direkt unterbrochen, sondern nur in dem Sinn, daß die Schaltung bei der Messung der Lichtintensität in dem in Fig.11 dargestellten zeitlichen Verlauf betätigt wird.

Ein optisches System, welches bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet werden kann, ist in Fig.7 bis 9 dargestellt.

In Fig. 7, die den schematischen Strahlungsverlauf zeigt, ist mit 56 ein Hohlspiegel bezeichnet, in dessen

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Brennebene ein einziges Gitter 57 angeordnet ist, das

eine Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen nebeneinander liegenden Schlitzen aufweist. Dieses einzige Gitter 57 hat gleichzeitig die Funktion des Eintrittsgitters ^l und des Austrittsgitters 35 bei der vorher beschriebenen Anordnung. 58 ist eine imaginäre Öffnungsblende, diein einem Abstand von dem Spiegel 56 angeordnet ist, der gleich dem Krümmungsradius des Hohlspiegels 56 ist.

Wenn bei dieser Anordnung ein Strahlungsbündel a von der gewünschten Wellenlänge durch das Gitter 57 auf den Hohlspiegel 56 auftrifft wird es an dem Hohlspiegel 56 reflektiert und läuft in der zur optischen Achse X parallelen Richtung zu einem Planspiegel 59, an dem es durch ein Prisma 60 hindurch auf einen anderen Planspiegel 61 reflektiert wird. Der an dem Spiegel 61 reflektierte Strahl a läuft wiederum parallel zur k optischen Achse zum Hohlspiegel 56 und kehrt durch das Gitter 57 zurück, wobei er ein reales Bild des Gitters 57 auf dasselbe abbildet. Bei dieser Anordnung des Prismas 6q und der Spiegel 59 und 61 kann ein anderer Lichtstrahl b, der oberhalb des Gitters 57 verläuft, in den Brennpunkt des Hohlspiegels 56 kondensiert werden. Der Strahl a wird durch die Linien mit Doppelpfeil, der Strahl b durch die Linien mit einfachem Pfeil wiedergegeben. Ein solches optisches System kann so betrachtet

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werden, als ob ein durch die imaginäre Öffnungsblende 58 laufendes LichtbUndel in die Brennebene fokkussiert wird, in der sich das Gitter-57-befindet» Da es sich somit um Lichtstrahlen handelt, die parallel zur optischen Achse verlaufen, die durch den Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels 56 geht, und die-in der Brennebene symmetrisch zu dieser optischen Achse fokussiert werden, weist das optische System keinen Astigmatismus und keine chromatischen Aberrationen auf. Falls das optische System bei der Spektralanalyse im sichtbaren Bereich im beendet werden soll, kann eine Korrekturplatte für die Korrektur der sphärischen Aberration in der Nähe der imaginären Öffnungsblende 58 angeordnet werden, oder es kann ein Hohlspiegel von kleiner Brennweite verwendet werden.

Fig. 8 und 9 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Systems für spektroskopische Messungen gemäß dem an Hand von Fig. 7 beschriebenen Prinzip. Das Gitter 63 ist im Brennpunkt eines Hohlspiegels 62 angeordnet, der dem Hohlspiegel 56 in Fig. 7 entspricht. Dieser Hohlspiegel 62 hat jedoch eine zentrale, auf der optischen Achse des Systems liegende Öffnung. Die bei '65 angeordnete Dispersionseinrichtung hat die Form eines Beugungsgitters und ist an einem der konjugierten Punkte, von zwei Spiegeln 6h und 66-angeordnet. Man erkennt, daß das optische System gemäß Fig.. 8 Im wesentlichen

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äquivalent zu dem in Pig. 7 gezeigten System ist.

Mit 71 und 72 sind Spiegel bzw. Reflektoren bezeichnet, die ein von der Lichtquelle y\ durch eine Kollimatorlinse 67 auf ein Prisma 68 bzw. das aus der Kondensatorlinse 7o austretende reflektierte Lichtbündel der gewünschten Wellenlänge auf den Photomultiplier 38 reflektieren. Durch eine Abschirmblende 69 können am Beugungsgitter 65 gebeugte, nicht benötigte Liehtbündel abgeschirmt werden.

Das Gitter 6j5 kann um die optische Achse rotleren, und die Reflektoren 64 und 66 sind bezüglich der quer zur optischen Achse im rechten Winkel verlaufenden Verbindungslinie versetzt, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Hierdurch werden bei einer Rotation des Gitters 63 das statische und die dynamischen Moiremuster in im wesentlichen gleicher Weise gebildet wie dies oben an Hand der Figur 1 und M- beschrieben wurde. Zu beachten ist ferner, daß in Fig. 9 der Hohlspiegel 62 aus Fig. 8 der Deutlichkeit halber in Form von zwei Spiegeln 62* und 62" dargestellt ist, die beide den gleichen Krümmungsradius haben.

Die Arbeitsweise des erf Indungsgenjäßen spektroskopischen Meßsystems wird im folgenden an Hand von Fig. Io und 11 erläutert. Es wird zunächst angenommen, daß bei Hota- · tion sowohl des Eintritts als auch des Ausfcrittsgltters die Betriebsweise der Dlskrimiereinrielitung während jeder

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Umdrehung den durch die Kurve A in Fig. 11 gezeigten Verlauf hat. Hierbei bedeutet

Ct eine Periode, in welcher sich die Diskriminiereinrichtung in einer solchen Stellung befindet, daß sie den Durchtritt des Strahlungsbündels von der gewünschten Wellenlänge durch das Austrittsgitter auf den Photomultiplier gestattet^

β eine Periode, in der die Diskriminiereinrichtung das Strahlungsbündel von der gewünschten Wellenlänge allmählich unterbricht;

Y eine Periode, in der die Diskriminiereinrichtung das Strahlungsbündel von gewünschter Wellenlänge vollständig unterbricht;

μ eine Periode, in der der Übergang von dem vollständigen Abdunkeln in der"Periode y bis zum vollständigen Durchlassen in der Periode CL stattfindet.

Während der Periode cß kann die Intensität des Strahlungsbündels von spezifischer Wellenlänge mit dem Photomultiplier 38 gemessen werden, während der Schalter Sl geschlossen ist, so daß ein Kondensator Ci aufgeladen wird. Der Schalter S2 ist während der Periode "γ geschlossen, so daß ein Kondensator C2 aufgeladen werden kann. Beim Schließen des Schalters Sjj unmittelbar nach ,

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Beginn der Periode μ kann die Kapazität jedes der Kondensatoren Οχ und C2 differentiell verstärkt werden mittels eines Differentialverstärkers A]_, dessen Ausgang seinerseits einem Verstärker Ag zugeführt wird. Die Kondensatoren Ci und C2 werden beim Schließen des Schalters Sij. entladen, womit ein Betriebszyklus abgeschlossen ist.

Ein Filter 73 ist zwischen den Differentialverstärker Ao und den Photomultiplier 38 geschaltet und filtert " hochfrequente Signale heraus, die der Strahlungsintensität von Strahlungsbündeln mit anderen als der gewünschten Wellenlänge entsprechen. .

Die .vorliegende Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Zahlreiche Abänderungen und Ausgestaltungen sind dem Fachmann möglich. Beispielsweise können das Eintrittsgitter und das Austrittsgitter so angeordnet sein, daß ihre Schlitze parallel stehen. Ferner kann die Schlitzbreite der beiden Gitter unterschiedlich sein.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   \lj.) Spektroskopisches Meßverfahren, bei dem die Strahlung durch ein dispergierendes Element in Strahlenbündel verschiedener Wellenlängen zerlegt wird und die Intensität des Strahlungsbündels von gewünschter Wellenlänge gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man im Strahlengang vor und hinter dem dispergierenden Element angeordnete Schlitzblenden derart bewegt, daß nur die Intensität des Strahlungsbündels von gewünschter Wellenlänge konstant bleibt, diejenige von Strahlungsbündeln benachbarter Wellenlängen aber variiert wird, und daß man bei der Messung zwischen der konstant bleibenden und der variierenden Strahlungsintensität diskriminiert.
2. 2. Anordnung für spektroskopische Messungen mit einer Lichtquelle, einem dispergierenden Element zum wellenlängenmäßigen Zerlegen des Lichtes, und einem Lichtintensitätsmeßgerät, gekennzeichnet durch einen ersten, zwischen Lichtquelle(34)und dispergierendem Element(41 Jangeordneten gemusterten 3chirm(j51),einen zweiten, zwischen dispergierendem Element (41) und Intensitätsmeßgerät (3B) angeordneten gemusterten Schirm 05)» optische Mittel (39) zum Abbilden des ersten gemusterten Schirmes auf de» zweiten

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   derart, daß auf diesem durch die zerlegten Lichtbündel verschiedener Wellenlänge verschiedene Streifenmuster gebildet werden, Mittel zum synchronen Bewegen des ersten und zweiten' gemusterten Schirmes derart, daß die Streifenmuster mit Ausnahme des vom Lichtbündel der gewünschten Wellenlänge gebildeten Streifenmusters bewegt werden, und Mittel zum Diskriminieren des stillstehenden von den sich bewegenden Streifenmustern.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite gemusterte Schirm (31> 35) von gleicher Konstruktion sind und eine Vielzahl von Schlitzen enthalten.
4. 4. Anordnung nach Anspruch >, dadurch gekennzeichnet,, daß die Schlitze geradlinig und nebeneinander liegend angeordnet·sind.

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5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (16, 18, 2o, 21) zum Bewegen der gemusterten Schirme (5I, J55) deren Rotation um ihre optische Achse mit gleicher Drehzahl bewirken.

   6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der gemusterten Schirme * 35) durch einen Elektromotor angetrieben 1st.

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   7· Anordnung nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Diskrirainiereinrichtung eine feststehende Blende (35) und eine optische Einrichtung (20, 27) aufweist, die beide synchron zur Rotation des zweiten gemusterten Schirmes (57) drehbar sind, wobei durch die optische Einrichtung eine Verschiebung sämtlicher auf dem zweiten gemusterten Schirm (35) gebildeten Streifenmuster bewirkbar ist.

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung aus der Kombination eines achromatischen Prismas (27) und einer Kollimatorlinse (2υ) besteht, wobei durch Einstellen des Prismas (27) in den Strahlengang vor dem zweiten gemusterten Schirm (35) alle hindurchgehenden Strahlungsbündel derart ablenkbar sind, daß alle Streifenmuster um eine halbe Streifenbreite verschoben werden, und wobei durch Einstellen der Kollimatorlinse (26) in den Strahlengang vor dem zweiten gemusterten Schirm (35) ein Strahlungsbündel von gewünschter Wellenlänge vollständig abschirmbar ist, um eine Messung der Strahlungsintensität aus den von den anderen StrahlungsbUndeln gebildeten Streifenmustern zu ermöglichen.

   9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung besteht aus einer Reflektoranordnung mit zwei Reflektorebenen, die

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   bezüglich einer gemeinsamen, die Reflektoreinrichtung tragenden Welle verdreht sind.

   Io. Anordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste oder zweite gemusterte Schirm (Jl, J55) um seine optische Achse verstellbar ist, um den Streifenabstand des Streifenmusters zu verändern.

   11. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterten Schirme 01, 3>5) aus Kunststoff-Folie bestehen.

   12. Anordnung nach Anspruch 2 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß die gemusterten Schirme 01, 55) aus Metall bestehen.

   15. Anordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminiereinrichtung eine bewegliche Blende (44) aufweist, in der eine Vielzahl von geradlinigen, in gleichen Abständen angeordneten Schlitzen (55) ausgebildet sind, und die um eine Strecke verschiebbar ist, die im wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen des halben Streifenabstandes des von dem Strahlungsbündel der gewünschten Wellenlänge gebildeten Streifenmusters ist.

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   14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Blende (44) in einer Richtung verschiebbar ist, die rechtwinklig zu der Längsrichtung der Streifen des von einem Strahlungsbündel der gewünschten Wellenlänge gebildeten Streifenmusters verläuft.

   15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Blende (44) die Form einer Nockenscheibe hat,

   l£. Anordnung nach Anspruch I3 , dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Blende (44) synchron zur Rotation des ersten und zweiten gemusterten Schirmes (31*. 35) drehbar ist.

   17. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen eines pulsierenden Verlaufes der von den Streifenmustern wiedergegebenen LichtbUndel.

   18. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein den ersten und zweiten gemusterten Schirm darstellendes Gitter (63)> das in der Brennebene eines Hohlspiegels (62) angeordnet ist, zwei Reflektoren (64, 66), die symmetrisch bezüglich der durch den Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels verlaufenden

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   optischen .Achse angeordnet sind, und ein dispergierendes Element (65) zum Zerlegen des von der Lichtquelle (34) durch das Gitter (63) geworfenen Lichtes in verschiedene Lichtbündel verschiedener Wellenlänge, wobei die ,Lichtbündel verschiedener Wellenlänge verschiedene Bilder des Gitters (63) auf diesen selbst abbilden und damit Streifenmuster auf diesem erzeugen, und durch Mittel zum Drehen des Gitters (63) um die optische Achse derart, daß das vom Lichtbündel der gewünschten Wellenlänge erzeugte Streifenmuster relativ zum Gitter /unbewegt bleibt, die von anderen Lichtbündeln erzeugten Streifenmuster sich dagegen relativ zum Gitter verschieben.

   19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch g e ".-. kennzeichnet, daß die beiden Reflektoren

   gegenüber der optischen Achse versetzt angeordnet sind. *

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