DE3942375A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen erfassung mehrerer wellenlaengenbereiche - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung mehrerer Wellenlängenbereiche einer polychromatischen Lichtstrahlung gemäß dem Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Insbesondere findet eine derartige Vorrichtung Verwendung als Mehrkanal-Spektrometer mit spektraler Untergrundkorrek­ tur.

Üblicherweise erfolgt die Bestimmung der Lichtintensität an verschiedenen Stellen eines Spektrums mit Hilfe eines Polychromators. Erfordern konstruktive Vorgaben einen be­ sonders platzsparenden Aufbau des Photometers oder ist ein besonders hoher Lichtdurchsatz der Meßvorrichtung erforder­ lich, so werden normalerweise Interferenzfilter verwendet, um den zu bestimmenden Spektralbereich aus dem Meßlicht herauszufiltern.

Um quantitative Aussagen aus Messungen erhalten zu können, ist eine spektrale Untergrundkorrektur des Meßsignals er­ forderlich. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, daß man ein zusätzliches Interferenzfilter installiert, welches selektiv die Untergrundstrahlung herausfiltert. Dabei besteht aber das Problem, das zu untersuchende Licht gleichmäßig auf verschiedene Filter aufzuteilen. Ungenauigkeiten bei der Aufteilung des Lichtstrahls können in unterschiedlichem Ausmaß zu Fehlern bei der Untergrundkorrektur eines Signals führen. Ein zusätzlicher Nachteil derartiger Meßanordnungen ist darin zu sehen, daß je Meßkanal ein eigenes Interferenz­ filter notwendig ist, was bei Verwendung hochauflösender Interferenzfilter die Kosten derartiger Anordnungen in die Höhe treibt.

Eine Alternative hierzu stellt eine Anordnung mit dynami­ scher Untergrundkorrektur dar. Eine derartige Anordnung umfaßt ein in Kippbewegungen versetzbares Interferenzfil­ ter, aus dem das Licht in Abhängigkeit vom Einfallswinkel mit einer bestimmten Zentralwellenlänge wieder austritt. Bedingt durch den Aufbau von Interferenzfiltern tritt bei größer werdendem Einfallswinkel eine Verschiebung der Zentralwellenlänge zu kleineren Wellenlängen ein. Die Änderung der Zentralwellenlänge als Funktion des Einfalls­ winkels kann anhand folgender Formel bestimmt werden:

mit

λ_α = Zentralwellenlänge bei Einfallswinkel α
λ₀ = Zentralwellenlänge bei Normaleinfall
n_e = Brechungsindex des umgebenden Mediums
n = effektiver Brechungsindex des Filters
α = Einfallswinkel des Lichts

Diese Beziehung gilt für kollimiertes Licht bei einem Einfallswinkel <10°. Beim Überschreiten dieses Wertes bewirkt die Verschiebung der Wellenlänge eine Verzerrung des Durchlaßbandes des Interferenzfilters und eine Herabsetzung der Transmission.

E. Cammann et al beschreiben in Fresenius Z. Anal. Chem. (1988) 331 : 336 bis 341 eine Anordnung von elementselektiven Plasma-Emissions-Detektoren für die gaschromatographische Analyse. In einem energiereichen Edelgasplasma werden auf­ getrennte Verbindungen pyrolytisch in ihre Elemente zer­ legt. Das entstandene Gemisch wird energetisch angeregt und das anschließend emittierte Licht über Lichtleiter zu den elementspezifischen Detektoren geleitet. Jedem Detektor ist ein Interferenzfilter zugeordnet, welches mit einer Frequenz von etwa 20 s^-1 um 10 bis 15° hin und her gekippt wird. Der Detektor bestimmt die Intensität der Meß- und Untergrundstrahlung für einen bestimmten elementspezifi­ schen Wellenlängenbereich.

Derartige Systeme besitzen allerdings den Nachteil, daß ein äußerst komplexer Aufbau mechanischer-Bauteile erfor­ derlich ist. Bei schnell variierenden Meßsignalen muß die Kippgeschwindigkeit sehr hoch gewählt werden, um eine annähernd gleichzeitige Bestimmung von Meßsignal und Unter­ grund zu ermöglichen. Frequenzen über 20 Hz sind technisch kaum zu realisieren, so daß der Genauigkeit Grenzen gesetzt sind.

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine gleichzeitige Messung mehrerer Wellenlängenbereiche einer polychromatischen Lichtstrahlung ermöglicht.

Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die optischen Mittel zum Lenken des polychromatischen Lichtstrahls eine erste Spiegelanordnung im einfallenden polychromatischen Lichtstrahl umfassen, die diesen Lichtstrahl hohlzy­ lindrisch kollimiert, wobei ein Spiegel der ersten Spiegel­ anordnung im Zentrum des kollimierten Lichtstrahls angeordnet ist, und eine zweite Spiegelanordnung im hohlzylindrisch kollimier­ ten Lichtstrahl umfassen, die dieses Licht im wesentlichen senkrecht zur gedachten Hohlzylinder-Mantelfläche und radial zur Längsachse des Hohlzylinders hin ablenkt; gegenüber der zweiten Spiegelanordnung, den jeweiligen Ablenkspiegeln zu­ geordnete Fotodetektoren angordnet sind; und im Strahlengang zwischen den Ablenkspiegeln und den Fotodetektoren ein ge­ meinsames Interferenzfilter angeordnet ist, wobei die Ab­ lenkspiegel und die zugeordneten Fotodetektoren um das Interferenzfilter schwenkbar sind.

Als Emittent für den polychromatischen Lichtstrahl dient vorzugsweise eine punktförmige Lichtquelle. Eine z. B. von einem Plasma emittierte Lichtstrahlung wird deshalb unter Ver­ wendung bekannter Hilfsmittel (z. B. Blenden, Lichtleiter) zu einer punktförmigen Lichtquelle umgeformt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der hohlzylindrisch kollimierte Lichtstrahl gegebenenfalls mit Hilfe eines opti­ schen, Linsen umfassenden Systems erzeugt werden, welches die oben genannte erste Spiegelanordnung ersetzt. Bei Ver­ wendung von Linsen ist jedoch der nutzbare Wellenlängenbe­ reich kleiner als bei einer Spiegeloptik.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Ablenkspiegel und Detektoren an der Wand einer hohlzylindrischen Filterhalte­ rung, in deren Zentrum das Interferenzfilter steht, schwenk­ bar befestigt.

Bevorzugt befindet sich das Interferenzfilter im wesentli­ chen im Lichtschatten des im Zentrum des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls angeordneten Planspiegels der ersten Spiegelanordnung.

Das Interferenzfilter ist in den hohlzylindrisch kolli­ mierten Lichtstrahl so eingesetzt, daß die Flächennorma­ len des Interferenzfilters zur Längsachse des kollimierten Lichtstrahls im wesentlichen einen Winkel von 90° einnehmen.

Das Interferenzfilter befindet sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig im Strahlengang mehrerer Meßkanäle, welche in mehreren übereinander liegenden Ebenen in bezug auf das Interferenzfilter axial versetzt und radial verschiebbar angeordnet sind. Ein Meßkanal umfaßt einen Ablenkspiegel, welcher der Lichteintrittsfläche des Interferenzfilters gegenüberliegt und einem zugeordneten Detektor, welcher der Lichtaustrittsfläche des Interferenz­ filters gegenüberliegt. Zur Verstärkung des Meßsignales weist jeder Meßkanal zusätzlich einen üblichen Vorverstärker auf. Als Detektoren werden vorzugsweise übliche Photodioden aber auch kleinere Photomultiplier verwendet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die aus dem Interferenzfilter austretenden Strahlenbündel vor den Fotodetektoren mit optischen Mitteln der jeweiligen Größe der aktiven Detektorfläche angepaßt. Die damit verbun­ dene Erhöhung der Beleuchtungsdichte an der Detektorober­ fläche führt zu einer Steigerung der Nachweisempfindlichkeit des Spektrometers.

Die der Lichteintrittsfläche des Interferenzfilters zuge­ wandten Spiegelflächen der Ablenkspiegel sind so ausgebil­ det, daß deren Spiegelflächennormale einen Winkel von im wesentlichen 45° zur Längsachse des hohlzylindrisch kolli­ mierten Lichtstrahls einnimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß nur ein Interferenzfilter zur gleichzeitigen Messung mehrerer verschiedener Wellenlängen benötigt wird. Es können aus einem polychromatischen Lichtstrahl sowohl die Intensität in einem bestimmten Wellenlängenbereich als auch die Unter­ grundintensität in einem nahegelegenen Wellenbereich gleich­ zeitig bestimmt werden. Das Justieren der Vorrichtung erfolgt durch einfaches Drehen der Detektoreinheiten (Meß­ kanäle) und/oder durch Drehen des Interferenzfilters um die Achse des hohlzylindrisch kollimierten Strahlenbündels. Spiegel und Detektoren stehen sich dabei immer genau gegen­ über. Durch diese einfach durchführbare Einstellung des Durchtrittswinkels durch das Interferenzfilter sind größere Toleranzen im Zentralwellenlängenbereich des Interferenz­ filters erlaubt. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung der Filter, so daß die Kosten für ein Spektrometer gesenkt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erste Spiegelanordnung aus einem, gegebenenfalls als Blende wirkenden Hohlspiegel mit zentraler Öffnung für den einfallenden polychromatischen Lichtstrahl und einem, der zentralen Öffnung gegenüberliegenden Planspiegel, der den einfallenden polychromatischen Lichtstrahl zum Hohlspiegel reflektiert, wobei der Lichtstrahl vom Hohl­ spiegel in kollimierter Form am Planspiegel vorbei zur zweiten Spiegelanordnung gelenkt wird.

Vorzugsweise besitzt der Planspiegel kreisrunden Querschnitt und einen Außendurchmesser, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des kollimierten Lichtstrahles ent­ spricht. Der Planspiegel befindet sich in einer im Inneren des Gehäuses angeordneten konzentrischen kreisförmigen Öffnung für das vom Hohlspiegel reflektierte Licht, wobei der Innendurchmesser dieser Öffnung im wesentlichen dem Außendurchmesser des kollimierten Lichtstrahls entspricht. Durch den so gebildeten Ringspalt erreicht das jetzt hohl­ zylindrisch kollimierte Licht die zweite Spiegelanordnung mit der Filter-Detektor-Einheit.

Sowohl der Planspiegel als auch das Interferenzfilter können vorteilhafterweise auf einer Quarzplatte aufgeklebt sein, welche an ihren äußeren Durchmesser im Spektrometer befestigt ist.

Die zweite Spiegelanordnung besteht normalerweise aus mehreren, vorzugsweise bis zu 4 Ablenkspiegeln, die relativ zum gemeinsamen Interferenzfilter axial versetzt sind.

Jeder Ablenkspiegel und sein zugeordneter Fotodetektor sind vorteilhafterweise auf einer, um die Längsachse des hohl­ zylindrisch kollimierten Lichtstrahls drehbaren Trägerplatte befestigt. Diese Trägerplatte weist eine im wesentlichen zentral angeordnete kreisförmige Ausnehmung auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Filter­ halterung, an der die Trägerplatten drehbar befestigt sind, im wesentlichen entspricht.

Vorzugsweise sind in der Wand der Filterhalterung in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze ausgebildet, welche der Lichteintritts­ fläche bzw. der Lichtaustrittsfläche des Interferenzfilters gegenüberliegen, wobei ein Teil der Schlitze zur Führung der Ablenkspiegel und der andere Teil der Schlitze als Durchtrittsöffnungen für die aus dem Interferenzfilter austretenden Lichtbündel dient. Die Ablenkspiegel werden in der Weise auf der Trägerplatte angeordnet, daß sie mit ihrer Spiegelfläche durch die ihnen zugeordneten Schlitze in den hohlzylindrischen Innenraum des Filterhalters ragen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwei oder mehrere (vorzugsweise 3-6) Interferenzfilter in Zentrum des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls übereinander angeordnet, wobei die Interferenzfilter um eine gemeinsame Achse, die der Längsachse des kollimier­ ten Lichtstrahls im wesentlichen entspricht, gegeneinan­ der verdreht sind. In einer derartigen Anordnung sind mehrere, z. B. 4 Ablenkspiegel und die dazugehörigen Foto­ detektoren um jedes Interferenzfilter in übereinander liegenden Ebenen schwenkbar angeordnet. Eine auf diese Weise versetzte Anordnung der einzelnen Interferenzfilter bedingt, daß der jedem weiteren Interferenzfilter zugeordnete Ablenkspiegelsatz gegenüber den Ablenkspiegeln der anderen Interferenzfilter axial und in Umfangsrichtung versetzt ist, und eine gegenseitige Störung der Ablenkspiegel der einzel­ nen Ebenen vermieden wird. In dieser Anordnung kann man die Ablenkspiegel über den Umfang des kollimierten hohl­ zylindrischen Lichtbündels so verteilen, daß Teilstrahlen aus unterschiedlichen Abschnitten des Lichtbündels abge­ lenkt werden und der gesamte Umfang des Lichtbündels opti­ mal genutzt wird.

Die Spiegelflächen der erfindungsgemäß verwendeten Ab­ lenkspiegel werden von der jeweils einzigen geneigten Fläche eines quaderförmigen Prismas gebildet, dessen Grundfläche einen Winkel von im wesentlichen 90° zur Längsachse des kollimierten Lichtbündels einnimmt. Die er­ findungsgemäßen Prismen sind aus Kunststoff oder Metall, wie z. B. aus Messing gefertigt und weisen eine vergoldete, versilberte oder mit Aluminium bedampfte Oberfläche auf. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Spiegelprisma 30 mm lang, 5-10 mm breit und 1-5 mm stark sein.

Vorteilhafterweise können die Ablenkspiegel in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des kollimierten Lichtstrahls radial verschoben werden. Hierzu sind die Ablenkspiegel in einer Nut der Trägerplatte verschiebbar angeordnet und können über eine Feststellschraube fixiert werden. Dies ist unter Umständen erforderlich, wenn zwei Teilstrahlen aus dem Lichtbündel so abgelenkt werden, daß sie in nur geringfügig voneinander verschiedenen Eintrittswinkeln auf das Interferenzfilter auftreffen. Um eine gegenseitige Störung (Abschirmung) der Spiegelflächen zu vermeiden, stellt man die Ablenkspiegel so ein, daß die entfernteren Ablenkspiegel das kollimierte Strahlenbündel weiter innen und die darüber liegenden Ablenkspiegel das Strahlenbündel weiter außen abtasten.

Üblicherweise entspricht der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Filterhalterung dem Außendurchmesser des zylinderförmig kollimierten Lichtstrahles. Die Filterhalterung ist so justiert, daß die Längsachse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahles der Längsachse der hohlzylindrischen Filterhalterung entspricht, und der Lichtzylinder in der Filterhalterung eine gleichmäßige "Wandstärke" aufweist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform stellt eine Vorrichtung dar, in der das oder die Interferenzfilter und/oder die Trägerplatten um die Achse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls drehbar angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der im folgenden beschriebenen Figuren zusätzlich verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Filterhalterung,

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen Meßkanal, der an einer Filterhalterung gemäß Fig. 2 drehbar angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längs­ schnitt durch einen Interferenzfilterspektrometer 1, dessen Gehäuse 2 einen Gehäuseboden 20 umfaßt, der mit einem dreiteiligen abnehmbaren Gehäusemantel 3 verbunden ist. Der Gehäusemantel 3 wird dabei von den aufeinander gesetzten Mantelabschnitten 3a, 3b und 3c gebildet.

Der Mantelabschnitt 3a mit dem geringsten Durchmesser ist der punktförmigen Lichtquelle 4 gegenüberliegend angeord­ net, ist hutförmig ausgebildet und umschließt den ersten Gehäuseabschnitt. In der, der Lichtquelle 4 zugewandten oberen Wand 7 des Mantelabschnittes 3a ist eine Lichtein­ trittsöffnung 5 ausgebildet. Die Innenfläche der zylinder­ förmigen Wand 6 des Mantelabschnitts 3a weist eine um­ laufende stufenförmige Erweiterung auf, welche die Fassung 10 für einen Hohlspiegel 11 bildet. Die Fassung 10 liegt mit ihrem Außenrand 8 auf dem der Lichtquelle 4 zuge­ wandten Ende der Seitenwand 9 des zylinderförmigen Mantel­ abschnitts 3b des zweiten Gehäuseabschnittes auf. Die kon­ kave Spiegelfläche des Hohlspiegels 11 befindet sich auf der von der Lichtquelle 4 abgewandten Seite des Hohlspie­ gels 11.

Der Mantelabschnitt 3b umschließt den zweiten Gehäuseab­ schnitt und weist an seinem Fuß ebenfalls einen umlaufenden und nach außen weisenden Rand 13 auf, mit dem er auf dem dritten Gehäuseabschnitt aufliegt. Im Bereich des Fußes befindet sich an der Innenwand dieses Gehäuseabschnittes ein umlaufender Ringflansch 14. In die durch den Ring­ flansch 14 beschriebene Öffnung 15 ist ein runder Planspie­ gel 16 von geringerem Durchmesser konzentrisch eingesetzt, dessen Spiegelfläche 17 der Spiegelfläche 12 des Hohlspie­ gels 11 zugewandt ist. Der Umfang 18 des Planspiegels 16 ist vom Ringflansch 14 gleichmäßig beabstandet, so daß eine ringförmige Öffnung 19 gebildet wird, die den von den Man­ telabschnitten 3a und 3b definierten Gehäuseteil, der die Kollimator-Optik trägt, mit dem dritten Gehäuseabschnitt, der die Filter-Detektor-Einheit enthält, verbindet.

Der dritte Gehäuseabschnitt wird vom Gehäuseboden 20 und dem umlaufenden Mantelabschnitt 3c gebildet, der am einen Ende mit dem Boden 20 und am anderen, dem zweiten Gehäuse­ abschnitt zugewandten Ende mit dem Rand 13 des mittleren Mantelab­ schnittes 3b lösbar verbunden ist. Auf der Innenseite der Mantelfläche 3c ist etwa in halber Höhe ein Zwischen­ boden 21 ausgebildet, der parallel zum Boden 20 verläuft. Im Zwischenboden 21 ist eine im wesentlichen zentral an­ geordnete kreisförmige Öffnung 22 ausgebildet, deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser der ring­ förmigen Öffnung 15 zwischen dem Planspiegel 16 und dem Ringwulst 14 am Mantelabschnitt 3b entspricht.

Auf dem Zwischenboden 21 ist in dem vom Mantelabschnitt 3c und dem umlaufenden Rand 13 des Mantelabschnitts 3b gebildeten Raum 23 eine im wesentlichen zylinderförmige Filterhalterung 24 (vgl. Fig. 2) aufgesetzt und über ihren Fußflansch 25 am Zwischenboden 21 befestigt, wobei die in der Filterhalterung 24 zentral angeordnete hohlzylindrische Bohrung 26 und die Öffnung 22 im Zwischenboden 21, einen im wesentlichen identischen Durchmesser aufweisen und miteinander zur Deckung kommen.

In der zylinderförmigen Wand 27 der Filterhalterung 24 sind vier in Umfangsrichtung verlaufende übereinander an­ geordnete gleiche Schlitzpaare 28a, 28b ausgebildet. Die geschlitzten Bereiche der Wand 27 sind durch zwei in axialer Richtung durchgehende, nicht geschlitzte, um 180° gegen­ einander versetzte schmale Wandabschnitte 37 unterbrochen. Jedem Schlitz 28a liegt somit auf gleicher Höhe ein Schlitz 28b gegenüber. Die Schlitzenden der Schlitze 28a und 28b berühren sich gegenseitig nicht, sondern sind wegen der Wandabschnitte 37 gleichmäßig voneinander beab­ standet.

In den durch die Bohrung 26 in der Filterhalterung 24 ausgebildeten zylinderförmigen Raum ist ein Interferenz­ filter 29 mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt eingesetzt, wobei die Filterflächennormale im wesentlichen parallel zum Zwischenboden 21 verläuft, der die Filterhalterung 24 trägt. Dabei ist das Interferenzfilter 29 fest mit der Filterhalterung verbunden. Das Interferenzfilter 29 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge des geschlitzten Be­ reiches des Halters 24, so daß das Interferenzfilter eine Trennfläche zwischen den Schlitzen 28a, die der Lichteintritts­ fläche 29a des Interferenzfilters gegenüberliegen, und den Schlitzen 28b bildet, welche der Lichtaustrittsfläche 29b des Interferenzfilters gegenüberliegen.

Jeder Meßkanal des Spektrometers wird von einer Träger­ platte 30 gebildet, die um die Filterhalterung 24 schwenk­ bar gelagert ist. Die beim Verschwenken einer Trägerplatte 30 beschriebene Bahn verläuft im wesentlichen parallel zum Zwischenboden 21, der die Filterhalterung 24 trägt. Jeweils eine Trägerplatte ist einem Schlitz 28a und dessen gegenüberliegenden Schlitz 28b zugeordnet. In der Trägerplatte ist auf der dem Schlitz 28a zugewandten Seite der Ablenkspiegel 31 angebracht, welcher aus einem flachen Metallquader gefertigt ist, wobei die Spiegel­ fläche 32 des Ablenkspiegels 31 von der der Lichtein­ trittsfläche 29a des Interferenzfilters 29 zugewandten und abgeschrägten Seitenfläche gebildet wird. Die Flächennormale der Spiegelfläche 32 nimmt in etwa einen 45° Winkel zum Zwischenboden 21 bzw. zur Längs­ achse der Bohrung 26 in der Filterhalterung 24 ein. Die Dicke der Ablenkspiegel 31 ist geringer als die Höhe der Schlitze 28a, so daß die Ablenkspiegel 31 durch die Schlitze 28a hindurch in Richtung zur Lichtein­ trittsfläche 29a des Interferenzfilters 29 in den Innen­ raum der Filterhalterung 24 geführt werden können.

Auf der, dem Schlitz 28b und der Lichtaustrittsfläche 29b des Interferenzfilters 29 zugewandten Seite des Trägers 30 sind dem Ablenkspiegel 31 gegenüberliegend ein Fotodetektor 32 und ein dazugehöriger Vorverstärker 33 befestigt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Filterhalterung 24 gezeigt. Die Wand 27 des Hohlzylinders 26 geht am Fuß in den Flansch 25 über. Vier übereinanderliegende in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 28a sind identisch in einer Mantelhälfte ausgebildet, während die andere Mantelhälfte die übereinan­ derliegenden identischen Schlitze 28b trägt. Die Unterteilung in zwei geschlitzte Mantelhälften erfolgt durch zwei axial durchgehende schmale, säulenartige Wandabschnitte 37.

In Fig. 3 ist eine Aufsicht auf eine Trägerplatte 30 gezeigt, die relativ zu dem in der Filterhalterung 24 fest installier­ ten Interferenzfilter verschwenkbar ist (gestrichelter Umriß). Es zeigt sich, daß beim Verschwenken der Trägerplatte 30 relativ zum Interferenzfilter 29 der Ablenkspiegel 31 sowie der Fotodetektor 33 und der Vorverstärker 34 simultan ver­ schwenkt werden.

Der Eintrittswinkel eines durch den Ablenkspiegel 31 abgelenkten Lichtstrahls (gestrichelter Pfeil) ändert sich mit der Verschwenkung der Trägerplatte 30. Da sich der Fotodetektor 33 simultan mitbewegt, wird der aus dem Interferenzfilter austretende Lichtstrahl immer erfaßt. Der Abstand der Spiegelfläche 32 von der Lichteintrittsfläche 29a des Interferenzfilters 29 ist dabei verstellbar.

Die Funktion des gezeigten Interferenzspektrometers läßt sich folgendermaßen beschreiben: Ein von der Lichtquelle 4 (vorzugsweise ein Lichtleiter) austretender Lichtstrahl 35 breitet sich hohlkegelförmig im Innenraum des Mantelabschnitts 3a aus, tritt durch die Öffnung 11a des Hohlspiegels 11 und wird von der Spiegelfläche 17 des Planspiegels 16 zur konkaven Spiegel­ fläche 12 des Hohlspiegels 11 reflektiert. Durch Reflexion an der Spiegelfläche 12 entsteht ein hohlzylindrisch kollimierter Lichtstrahl 36, welcher durch die ringförmige Öffnung 19 in die Bohrung 26 der Filterhalterung 24 geleitet wird. Von den um 45° geneigten Spiegelflächen 32 der Ablenkspiegel 31 werden einzelne Lichtbündel im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des kollimierten Lichtstrahles abgelenkt und auf die Lichteintrittsfläche 29a des Interferenzfilters 29 geleitet. Da die Ablenk­ spiegel 31 radial um das Interferenzfilter verteilt und somit gegeneinander versetzt angeordnet sind, werden die einzelnen Lichtbündel an verschiedenen Stellen des kollimierten Lichtstrahles ausgeblendet. Außerdem besteht nicht die Gefahr, daß sich einzelne Ablenkspiegel be­ hindern. Je nach Orientierung der Ablenkspiegel relativ zur Lichteintrittsfläche 29a des Interferenzfilters 29 treffen die abgelenkten Lichtbündel in unterschiedlichen Eintrittswinkeln auf das Interferenzfilter 29 auf. Da das Interferenzfilter gemäß der eingangs erwähnten mathematischen Beziehung je nach Eintrittswinkel für Licht unterschiedlicher Wellenlängen permeabel ist, wird aus jedem Lichtbündel Licht mit einer anderen Wellenlänge herausgefiltert, tritt aus der Lichtaus­ trittsfläche 29b des Interferenzfilters 29 aus und wird vom jeweils zugeordneten Fotodetektor 33 erfaßt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung mehrerer Wellenlängenbereiche einer polychromatischen Licht­ strahlung mit
einem Detektor für jeden erfaßten Wellenlängenbe­ reich;
einem Interferenzfilter, das aus einem polychromati­ schen Lichtstrahl die zu erfassenden Wellenlängen­ bereiche herausfiltert; und
optischen Mitteln zum Lenken des polychromatischen Lichtstrahls;
dadurch gekennzeichnet, daß
die optischen Mittel zum Lenken des polychromati­ schen Lichtstrahls (35),
eine erste Spiegelanordnung (11, 16) im einfallenden polychromatischen Lichtstrahl (35) umfassen, die diesen Lichtstrahl hohlzylindrisch kollimiert,
wobei ein Spiegel (16) der ersten Spiegel­ anordnung im Zentrum des kollimierten Licht­ strahls (36) angeordnet ist, und
eine zweite Spiegelanordnung (31, 32) im hohlzy­ lindrisch kollimiertem Lichtstrahl (36) umfassen, die dieses Licht im wesentlichen senkrecht zur gedachten Hohlzylinder-Mantelfläche und radial zur Längsachse des Hohlzylinders hin ablenkt;
gegenüber der zweiten Spiegelanordnung (31, 32), den jeweiligen Ablenkspiegeln (31) zugeordnete Fotodetektoren (33) angeordnet sind;
im Strahlengang zwischen den Ablenkspiegeln (31) und den Fotodetektoren (33) ein gemeinsames Interferenz­ filter (29) angeordnet ist, wobei die Ablenkspiegel (31) und die zugeordneten Fotodetektoren (33) um das Interferenzfilter (29) schwenkbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspiegel (31) und Detektoren (33) an einer Wand (27) einer hohlzylindrischen Filterhalte­ rung (24), in deren Zentrum das Interferenzfilter (29) steht, schwenkbar befestigt sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter (29) im wesentlichen im Lichtschatten des im Zentrum des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls (36) angeordneten Spiegels (16) der ersten Spiegelanord­ nung steht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spiegelanord­ nung aus einem Hohlspiegel (11) mit zentraler Öffnung (11a) für den einfallenden polychromatischen Licht­ strahl (35) und einem, der zentralen Öffnung (11a) gegenüberliegenden Planspiegel (16) besteht, der den einfallenden polychromatischen Lichtstrahl (35) zum Hohlspiegel (11) reflektiert, welcher den Lichtstrahl in kollimierter Form am Planspiegel (16) vorbei, zur zweiten Spiegelanordnung lenkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel (16) einen kreisförmigen Quer­ schnitt besitzt und sein Außendurchmesser im wesentli­ chen dem Innendurchmesser des kollimierten Lichtstrahls (36) entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spiegelanord­ nung aus mehreren Ablenkspiegeln (31) besteht, die relativ zum gemeinsamen Interferenzfilter (29) axial versetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ablenkspiegel (31) und jeder zugeordnete Fotodetektor (33) auf einer um die Längsachse des hohlzylindrisch kollimiertem Lichtstrahls (36) drehbaren Trägerplatte (30) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (30) eine im wesentlichen zentral angeordnete kreisförmige Ausnehmung aufweist, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Filterhalterung (24), an welcher die Trägerplatten (30) drehbar be­ festigt sind, im wesentlichen entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand (27) der Filterhalterung (24) in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze (28a) und (28b) ausgebildet sind, welche den Lichteintritts- und austrittsflächen (29a, 29b) des Interferenzfilters (29) gegenüber liegen, wobei die den Lichteintrittsflächen (29a) gegenüber liegenden Schlitze (28a) eine Führung für die Ablenkspiegel (31) und die Schlitze (28b) Durchtrittsöffnungen für die aus dem Interferenzfilter (29) austretenden Lichtbündel bilden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Interfe­ renzfilter (29) im Zentrum des hohlzylindrisch kolli­ mierten Lichtstrahls (36) übereinander angeordnet sind, wobei die Interferenzfilter (29) um eine gemein­ same Achse, die der Längsachse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls (36) entspricht, gegeneinan­ der verdreht sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Interferenzfilter im Zentrum einer eigenen, koaxialen, hohlzylindrischen Filterhalterung (24) steht, an deren Wand (27) Ablenkspiegel (31) und zugeordnete Detektoren schwenkbar befestigt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (32) der Ablenkspiegel (31) von der jeweils einzigen ge­ neigten Fläche eines quaderförmigen Prismas gebildet werden, dessen Grundfläche im wesentlichen einen rechten Winkel zur Längsachse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls (36) einnimmt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspiegel (31) an der Trägerplatte (30) in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls (36) radial verschiebbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Interferenz­ filter (29) und/oder die Trägerplatten (30) um die Achse des hohlzylindrisch kollimierten Lichtstrahls (36) drehbar angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Interferenz­ filter (29) austretenden Strahlenbündel vor den Fotodetektoren (33) mit optischen Mitteln der jeweili­ gen Größe der aktiven Detektorfläche angepaßt werden.