DE4139796A1 - Vorrichtung zur bestimmung der winkelabhaengigkeit der sekundaerstrahlintensitaeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit der Intensität der Sekundärstrah­ lung, die ein zu untersuchendes, vorgebbares Volumen nach Anregung durch einen von einer Strahlenquelle abgegebenen gebündelten Primärstrahl von sich gibt.

Die Bestimmung der Intensität der durch einen gebündelten Primärstrahl in einem zu untersuchenden Volumen angereg­ ten Sekundärstrahlung innerhalb einer Ebene, welche durch den Verlauf des anregenden Primärstrahls vorgegeben ist und durch die Angabe des Winkels zwischen Primärstrahl- und Beobachtungsrichtung beschrieben wird, ist notwendig, um den potentiellen Informationsgewinn über die Eigen­ schaften der die Sekundärstrahlung verursachenden Teil­ chen, welche das Volumen bilden, mit Hilfe der einschlä­ gigen Theorien - namentlich der Streulichttheorien - ma­ ximal nutzen zu können.

Zu diesem Zweck sind Vorrichtungen bekannt, die die Mes­ sung der Sekundärstrahlintensität nur unter ausgewählten Beobachtungswinkeln erlauben und ihre Aufgabe erfüllen, indem entweder eine entsprechende Anzahl Detektionsein­ heiten unter den jeweiligen Winkeln die Sekundärstrahlung gleichzeitig aufnehmen, wobei die Sekundärstrahlung den Detektionseinheiten auch per Glasfaser, Spiegel oder dgl. zugeführt werden kann, oder unter Verwendung einer Detek­ tionseinheit, wobei die Sekundärstrahlung der Detektions­ einheit sequentiell über Glasfaser, Spiegel oder dgl. zu­ geführt werden muß.

Für den Zweck der kontinuierlichen Messung der Sekundär­ strahlintensitäten über einen größeren Winkelbereich sind Vorrichtungen bekannt, bei denen sich das zu untersuchen­ de Volumen in einem zylindrischen Gefäß befindet und die Sekundärstrahlung von der Seite der Zelle beobachtet wird, indem man eine auf den Ausleger einer Winkelver­ fahrvorrichtung (Goniometer) montierte Detektoreinheit um einen vom Primärstrahl durchlaufenden Punkt auf der Zy­ linderachse im Inneren der Zelle rotieren läßt. Das Medi­ um, das das zu untersuchende Volumen darstellt, füllt in der Regel das Innere des Zellkörpers nicht vollständig aus sondern wird in eine zylindrische Küvette verbracht, welche mit ihrer Zylinderachse auf der Zylinderachse der Zelle positioniert wird, welche wiederum auf der Rota­ tionsachse des Goniometers angeordnet wird. Das verblei­ bende Innere der Zelle ist mit einer die Messung nur ver­ nachlässigbar beeinflussenden Index-Matching-Flüssigkeit gefüllt, die auch der Temperierung der Probe dient. Auf­ grund des Raumbedarfs des Goniometerauslegers mit mon­ tierter Detektionseinheit erlaubt diese Anordnung keine Bestimmung der Sekundärstrahlintensität in der Nähe des Eintrittsstrahls, da dieser sonst abgedeckt wird. Wegen der Gefahr, die meist extrem intensitätsempfindlichen De­ tektionseinheiten durch Einwirken des Primärstrahls zu Überlasten, und aufgrund der Tatsache, daß in einem zy­ lindrischen System der Einfluß von unerwünschten Re­ flexionen in der Nähe des Austrittsstrahls stark an­ steigt, verzichtet man im allgemeinen auf die Bestimmung der Sekundärstrahlintensitäten im Winkelbereich um 0°.

Varianten der obengenannten Vorrichtungen sind in soweit bekannt, als daß es möglich ist, statt einer Rotation der Detektionseinheit einen ortsfesten Detektor einzurichten und den Primärstrahl mittels eines Goniometers um das zu untersuchende Volumen herum zu bewegen. Des weiteren ist bekannt, daß bei Verwendung einer ortsfesten Primär­ strahlquelle die Sekundärstrahlung über ein Spiegelsystem auf eine ebenfalls ortsfest auf der Rotationsachse eines Goniometers montierte Detektionseinheit gelenkt werden kann.

Die Bestimmung der Sekundärstrahlintensitäten nahe dem austretenden Strahl ist kritisch und wird von speziellen Vorrichtungen ermöglicht, die unter dem Namen Kleinwin­ kelanlagen bekannt sind. Sie basieren darauf, daß der entsprechende Winkelbereich mit Hilfe von Linsensystemen oder unter Einsatz von Prismen oder anderen geeigneten optischen Bauteilen derart gespreizt wird, daß ein Aus­ blenden des Austrittsstrahls möglich wird und die eigent­ lichen Sekundärstrahlintensitäten unabhängig vom Primär­ strahl gemessen werden können.

In der DE 38 22 303 A1 ist eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines bewegbaren Objektes be­ schrieben, dessen Oberfläche Licht reflektieren oder streuen kann. Hierbei ist ein kegel- oder schalenförmi­ ger, innenverspiegelter Hohlspiegel mit umlaufender Spie­ gelfläche und einer dazu zentrisch angeordneten Durch­ gangsöffnung zum Durchgang des Objektes durch den Hohl­ spiegel vorgesehen. Das Licht fällt nach Reflexion oder Streuung am Objekt auf die Spiegelflächen der Spiegel, wird auf den Sensor gelenkt und in der Auswerteeinrich­ tung ausgewertet. Die Lichtquelle beleuchtet das Objekt rings dessen Umfangs im Bereich der Durchgangsöffnung des Hohlspiegels derart, daß das Objekt rings des Umfangs reflektierte oder gestreute Licht gleichzeitig peripher auf die Spiegelfläche des Hohlspiegels fällt. Der zweite Spiegel besitzt eine schräg geneigte, ebene Spiegelflä­ che, die das Licht auf eine Optik leitet zur stehenden Abbildung auf den Sensor, der ein vollständiges Umfangs­ band detektiert, das einer Umfangsfläche des Objektes von vorgegebener Breite entspricht.

Aus der DE 40 04 141 C1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes be­ kannt. Die bei dieser Vorrichtung benutzten Linsen sind aufrecht abbildende, innerhalb einer ringförmigen Halte­ rung gehalterte Stablinsen mit abgestuftem Brechungsindex inform eines Linsenbündels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der einleitend genannten Art zu schaffen, die kom­ pakt und leicht gebaut ist und die die Erfassung der In­ tensität der Sekundärstrahlung über den gesamten Winkel­ bereich von 0 bis 360° erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• a) daß ein axialsymmetrischer Reflektor mit nach einer Seite hin sich erweiternder Reflektorwandung vorge­ sehen und das zu untersuchende Volumen innerhalb des Reflektors symmetrisch zur Symmetrieachse des Reflektors angeordnet ist, wobei die Symmetrieachse des Reflektors die optische Achse des Gesamtsystems darstellt,
• b) daß der Primärstrahl unter beliebigem Winkel durch die optische Achse in Höhe des zu untersuchenden Volumens innerhalb des Reflektors geführt ist und die von dem zu untersuchenden Volumen ausgesandte Sekundärstrahlung an der Reflektorwand reflektiert ist,
• c) daß in Richtung der Sekundärstrahlung nach deren Reflexion am Reflektor eine Blende und ein winkel­ selektierendes optisches Element vorgesehen sind und
• d) daß in Richtung der Sekundärstrahlung hinter der Blende und dem winkelselektierenden optischen Ele­ ment ein Detektor für die Sekundärstrahlung vorge­ sehen ist.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Vorrichtung der vor­ stehend genannten Art, die kompakt und leicht gebaut ist und deren Justage verhältnismäßig einfach ist. Sie ver­ meidet das Auftreten von störenden Reflexen in der Nä­ he der kritischen Beobachtungswinkel 0 und 180° und er­ möglicht die Bestimmung der Intensität der Sekundärstrah­ lung über den gesamten Winkelbereich von 0 bis 360°.

Zum Zweck der Durchführung von Lichtstreuexperimenten kann als Primärstrahlquelle eine Lichtquelle mit geeigne­ ten Kollimationsvorrichtungen vorgesehen sein. Als Licht­ quelle mit hoher Monochromasie, geringer Strahldivergenz und hoher Leistungsdichte empfiehlt sich die Verwendung einer Laserstrahlquelle.

Das Medium, welches das zu untersuchende Volumen bildet, kann sich in einem transparenten Behältnis, beispielswei­ se einer Küvette befinden. Ein anderes Medium kann den verbliebenen Raum innerhalb des Reflektors ausfüllen und die Funktion eines Temperierbades übernehmen.

Den Gegebenheiten entsprechend kann jedoch auch die voll­ ständige Ausfüllung des Raumes im Inneren des Reflektors durch das Untersuchungsmedium von Vorteil sein.

Zweckmäßigerweise ist als Reflektor ein konusförmiger Re­ flektor vorgesehen, dessen Öffnungswinkel 90° betragen kann, jedoch auch von 90° abweichen kann.

Wenn der Reflektor einen Öffnungswinkel ungleich 90° hat, besitzt er eine unendliche Reihe von Brennpunkten auf der optischen Achse, wobei einer dieser Brennpunkte mit genau einem, vom zu untersuchenden Volumen ausgehenden, konusförmig in den Raum strahlenden Sekundärstrahlbüschel korrespondiert.

Die Auswahl des Sekundärstrahlbüschels, das in die den Primärstrahl enthaltende Ebene ausgesandt wird, kann da­ durch erfolgen, daß eine Lochblende im korrespondierenden Brennpunkt vorgesehen wird, wobei der Durchmesser des Lochs die winkelige Auflösung der beobachtbaren Sekundär­ strahlung in der Beobachtungsebene und damit die Größe des beobachteten Volumens bestimmt.

Alternativ ist eine Ringzonenblende vorgesehen, die außerhalb des Brennpunktes angeordnet ist und von den eintreffenden Sekundärstrahlen nur das gewünschte Büschel durchläßt und allen anderen Strahlungsanteilen den Durch­ laß verwehrt.

Besitzt der Reflektor einen Öffnungswinkel von 90°, so liegt der Brennpunkt für Sekundärstrahlbüschel aus der gewünschten Beobachtungsebene im Unendlichen, und die reflektierte Sekundärstrahlung verläßt den Reflektor pa­ rallel zur optischen Achse. In diesem Fall ist zweckmäßi­ gerweise ein Linsensystem mit positiver Brennweite auf der optischen Achse anzuordnen, so daß die Strahlenbü­ schelauswahl im Brennpunkt des Linsensystems erfolgen kann.

Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß als Reflek­ tor ein zweifach gekrümmter Reflektor vorgesehen ist, dessen Brennpunkt im zu untersuchenden Volumen liegt und dessen Wandung genügend hoch gezogen ist.

Hierbei kann als Reflektor ein ellipsoider oder parabo­ loider Reflektor vorgesehen sein.

Ist die zweifach gekrümmte Fläche von ellipsoider Form, so besitzen alle vom zu untersuchenden Volumen ausgehen­ den Strahlenbüschel einen gemeinsamen Brennpunkt, womit diese Reflektorausführung die Möglichkeit bietet, nicht nur die gewünschte Sekundärstrahlebene, sondern das zu untersuchende Volumen unter allen erfaßbaren Raumwinkeln zu beobachten. Für eine entsprechende Ausführung mit pa­ raboloid geformtem Reflektor empfiehlt sich wiederum, ein Linsensystem mit positiver Brennweite vorzusehen.

Vorteilhafterweise ist als Halter für den Reflektor ein Körper von bestimmter Höhe vorgesehen, in dem eine zu der optischen Achse axialsymmetrische Vertiefung vorgesehen ist, wobei an der Innenwand der Vertiefung der Reflektor vorgesehen ist.

Die Vertiefung kann als Konus oder als zweifach gekrümmte beispielsweise paraboloide oder ellipsoide Fläche ausge­ bildet sein.

Zweckmäßig sind in der Reflektorwand zwei diametral ge­ genüberliegende Öffnungen vorgesehen, wobei der Primär­ strahl durch die eine Öffnung in den Bereich innerhalb des Reflektors eintritt und der transmittierte Strahl durch die andere Öffnung diesen Bereich verläßt.

Schneidet der Primärstrahl die optische Achse im rechten Winkel, so erlaubt die Vorrichtung nach der Reflexion der Sekundärstrahlung am Reflektor die Untersuchung der Strahlintensitäten in der den Primärstrahl vollständig enthaltenen Ebene. Bei anderen Schnittwinkeln ermöglicht die Vorrichtung die Untersuchung anderer ausgewählter Ebenen. Im Extremfall durchläuft der Primärstrahl das zu untersuchende Volumen entlang der optischen Achse.

Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß ein Spiegelsystem mit wenigstens einem Einlenkspiegel und ei­ nem Auslenkspiegel vorgesehen ist, wobei der ankommende Primärstrahl durch den Einlenkspiegel so gerichtet wird, daß er das zu untersuchende Volumen unter beliebigem Winkel durchläuft und anschließend auf den Auslenkspiegel trifft und vom Auslenkspiegel aus die Vorrichtung als transmittierter Strahl verläßt.

Die Strahlführung kann durch mehrere einzelne Spiegel aber auch unter Verwendung des eigentlichen Reflektors oder in beliebiger Kombination von beiden gestaltet wer­ den. Bei Einsatz eines solchen Spiegelsystems kann auf Bohrungen in den Reflektorwandungen verzichtet werden.

Des weiteren ist es zweckmäßig, als winkelselektierendes optisches Element eine rotierbare Blende mit azentrischem Durchlaß vorzusehen. Auch eine rotierbare Lochblende, de­ ren Durchlaß nicht auf der Rotationsachse bzw. optischen Achse liegt, kann vorgesehen sein. Diese Blenden sind so anzubringen, daß sie die vom Reflektor bzw. Reflektor/ Linsensystem gegebene Abbildung der untersuchten Sekun­ därstrahlebene, welche einem Kreis entspricht, durch Ro­ tation der winkelselektierenden Blende kontinuierlich ab­ fahren kann, so daß nur die unter einem bestimmten Winkel in die Beobachtungsebene gesandte Sekundärstrahlung bis zum nachfolgenden Detektor durchgelassen wird. Die Größe des Durchlasses und die Entfernung des Durchlasses vom Rotationszentrum bestimmten die Apertur und den optisch wirksamen Abstand vom Sekundärstrahlzentrum.

Statt eines Durchlasses kann auch ein rotierbares Spie­ gelsystem als winkelselektierendes optisches Element vor­ gesehen sein, wobei das Spiegelsystem in Abhängigkeit vom Beobachtungswinkel Teile der untersuchten Strahlung dem Detektor zuführt, den Rest aber vom Detektor abhält.

Zur Untersuchung diskreter Winkel ist es zweckmäßig, als winkelselektierendes optisches Element wenigstens ein als Blende wirkendes Element, beispielsweise ein oder mehrere Spiegelfacetten, Glasfaserenden oder dgl. vorzusehen, wo­ bei diese die Strahlung entweder nacheinander auf einen Detektor oder gleichzeitig auf eine entsprechende Anzahl von Detektoren führen.

Als Detektor empfiehlt sich die Verwendung einer ausrei­ chend empfindlichen Detektionseinheit, beispielsweise ei­ nes Photomultipliers, der die vom winkelselektierenden Element einfallende Strahlung aufzunehmen in der Lage ist.

Um hohe Meßraten erreichen zu können, ist es zweckmäßig, ein Photodiodenarray als Detektoreinheit zu verwenden.

Werden Circular Diodenarrays eingesetzt, so können die einzelnen Arraykomponenten gleichzeitig als winkelselektie­ rende Elemente für diskrete Winkel wirken und auch die Funktion einer Ringzonenblende übernehmen.

Um die Vorrichtung vorteilhaft zu gestalten, kann es sich empfehlen, zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenig­ stens eine sphärische Linse mit parallel zur optischen Achse des Gesamtsystems verlaufender optischer Achse vor­ zusehen.

Zweckmäßig kann zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens eine planparallele Platte auf der optischen Achse senkrecht zum Sekundärstrahlengang angeordnet sein, welche den Abschluß eines das zu untersuchende Volumen umgebenden Temperierbades darstellen kann.

Zur Durchführung von Hochdruckexperimenten kann zu em­ pfehlen sein, die Anordnung so auszubilden, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens eine planparal­ lele Platte aus optisch anisotropem Material aus der Klasse der einachsigen Kristalle vorgesehen ist, wobei die optische Achse des Kristalls parallel zur Richtung der vom Reflektor umgelenkten Sekundärstrahlung orien­ tiert ist und die Platte senkrecht zum Sekundärstrahlen­ gang angeordnet ist.

Des weiteren kann es vorteilhaft sein, die Vorrichtung so auszubilden, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens ein optisches Filter derart gegen die optische Achse geneigt angeordnet ist, daß die vom Filter reflek­ tierten bzw. absorbierten Anteile der Sekundärstrahlung von den vom Filter transmittierten Anteilen der Sekundär­ strahlung separat analysiert werden können.

Ist man an der parallelen Untersuchung des Volumens in verschiedenen Wellenlängenbereichen interessiert, so kann dieses optische Filter ein Interferenzfilter sein.

Das Filter kann auch als Polarisationsfilter ausgebildet sein.

Des weiteren kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß ein planer Reflektor gegen die optische Achse geneigt im Sekundärstrahlengang angeordnet ist und die nachfol­ genden Elemente der Vorrichtung entlang der dadurch umge­ lenkten optischen Achse vorzusehen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeipieles zusammen mit al­ ternativen Primärstrahlführungen und mit unterschiedli­ chen anderen Reflektoren des näheren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Spiegel­ trägers der Fig. 1,

Fig. 4 und 5 den Reflektor gemäß Fig. 1 mit unter­ schiedlichen Primärstrahlführungen,

Fig. 6 und 7 die Reflektoren gemäß den Fig. 1 und 2 in Einzeldarstellung und

Fig. 8 und 9 weitere alternative Reflektoren.

Ein zylindrisch ausgebildeter Spiegelträger 1 hat eine zylindrische Wandung 2 und einen kreisförmigen Boden 3 mit einer zylindrischen Zentralbohrung 4 zur Aufnahme ei­ ner Küvette 5. Von oben her ist ein Konus 6 mit einem Öffnungswinkel von 90° in den Spiegelträger 1 eingearbei­ tet. Etwa im oberen Drittel der Konusfläche ist ein um­ laufender Konusspiegel 7 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeipiel ist der entsprechende Bereich des Spiegelträgers 1 selbst als gut spiegelnde Fläche ausge­ bildet.

In Höhe des Konusspiegels 7 sind in dem Spiegelträger 1 eine Einlaßbohrung 8 und eine Auslaßbohrung 9 vorgesehen, deren Durchmesser ausreichend groß gewählt ist, um den Primärstrahl ohne Beeinflussung hindurchtreten zu lassen.

Mit Abstand vom Spiegelträger 1 ist eine planparallele Platte 10 und mit Abstand von der planparallelen Platte 10 eine Konvexlinse 11 vorgesehen, in deren Brennpunkt eine Lochblende 12 angeordnet ist. Hinter der Lochblende 12 sind entlang der optischen Achse 20 eine Sektorblende 13 mit einem sektorförmigen Durchlaß 22 und hinter dieser (13) eine weitere Konvexlinse 14 vorgesehen, in deren Brennpunkt die strahlungsempfindlichen Komponenten eines Detektors 15 angeordnet sind.

Der Spiegelträger 1 mit der von ihm gehaltenen Küvette 5 wird von einem Gehäuse 16 umgeben, dessen Abschluß in Richtung der Konvexlinse 11 durch die planparallele Plat­ te 10 gebildet ist.

Das Gehäuse 16 besitzt ein Eintrittsfenster 17, durch das der Primärstrahl 21 in das Innere des Gehäuses 16 ge­ langt, durch die Einlaßbohrung 8 tritt, das Zentrum der Küvette 5 durchläuft, durch die Auslaßbohrung 9 aus dem Spiegelträger 1 tritt und danach durch ein Austrittsfen­ ster 18 das Gehäuse 16 wieder verläßt.

Die Wechselwirkung der das Volumen bildenden Teilchen mit dem Primärstrahl 21 im Beobachtungszentrum 19 hat das Aussenden der Sekundärstrahlung zur Folge. Die in der den Primärstrahl 21 enthaltenen Ebene ausgesandte Sekundär­ strahlung, als punktierte Linien gezeichnet, fällt auf den umlaufenden Konusspiegel 7 und wird dort im rechten Winkel reflektiert. Da dies für alle Strahlen aus dem Beobachtungszentrum gilt, ergibt sich nach der Reflexion am Konusspiegel 7 ein zylinderförmig austretendes Strah­ lenbüschel, welches parallel zur optischen Achse 20 die ein Fenster bildende planparallele Platte 10 passiert und durch die Konvexlinse 11 im Zentrum der Lochblende 12 fo­ kussiert wird.

Die Strahlen, die nicht aus dem Beobachtungszentrum stam­ men, also unter einem Winkel ungleich 45° auf den Konus­ spiegel 7 treffen, treten nicht parallel zur optischen Achse 20 aus und erfüllen daher nicht die Voraussetzung, von der Konvexlinse 11 in deren Brennpunkt fokussiert zu werden. Sekundärstrahlung, die die Lochblende 12 passiert hat, stammt also einzig aus der Beobachtungsebene.

Nach Durchtritt durch die Lochblende 12 erfolgt die Win­ kelselektion durch die Sektorblende 13. Die Stellung der Sektorblende 13 korrespondiert spiegelverkehrt mit dem Winkel, unter dem die Sekundärstrahlung vom zu unter­ suchenden Volumen in dem Beobachtungszentrum tatsächlich ausgesandt wurde.

Nur der Anteil der Sekundärstrahlung, der durch den Sek­ tor 22 fällt und somit die Sektorblende 13 passieren kann, fällt auf die nachfolgende Konvexlinse 14 und wird auf den Detektor 15 abgebildet und gemessen.

In Fig. 1 ist der Strahlengang eines willkürlich ausge­ wählten Strahlenbüschels 23 exemplarisch durch größere Strichstärke hervorgehoben.

Durch Rotation der Sektorblende 13 erlaubt die vorstehend beschriebene Vorrichtung die kontinuierliche Bestimmung der Intensität der Sekundärstrahlung bei beliebigen Beob­ achtungswinkeln.

Das Gehäuse 16 mit den Fenstern 17 und 18 und der ein Ab­ schlußfenster bildenden planparallelen Platte 10 ist so ausgebildet, daß es mit hohen Drücken belastbar ist. Die Anisotropie des im Hochdruckapparatebaues bevorzugt ver­ wendeten Fenstermaterials Saphir wirkt sich nicht störend auf die Messung der Sekundärstrahlintensitäten aus, weil die optische (Kristall-) Achse des Saphirs parallel zur optischen Achse des Gesamtsystems orientiert ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbei­ spiel ist der Öffnungswinkel des konusförmigen Spiegel­ trägers 1 kleiner als 90°, so daß die am Konusspiegel re­ flektierte Sekundärstrahlung 26 nach oben hin konusförmig verläuft und durch das Loch der Lochblende 12 hindurch­ tritt und auf die Komponenten 25 des Photodiodenarray 24 fällt. Der ausgewählte Strahl 23 fällt auf die Arraykom­ ponente 27 und wird hier gemessen. Auf diese Weise ist die Bestimmung der Intensität im Bereich diskreter Winkel möglich.

In Fig. 3 ist der Spiegelträger 1 in vergrößertem Maß­ stab gezeigt. Der Primärstrahl 21 fällt durch die Ein­ trittsöffnung 8, durchläuft das zu untersuchende Volumen innerhalb der Küvette 5 und tritt durch die Auslaßöffnung 9 aus dem Spiegelträger 1 aus. Von der Sekundärstrahlung, die danach vom Beobachtungszentrum ausgesandt wird, sind in Fig. 3 beispielsweise acht Strahlen 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 gezeichnet, die am Konusspiegel 7 derart reflek­ tiert werden, daß sie als parallel zur optischen Achse 20 orientiertes Strahlenbüschel 36 verlaufen.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 wird der Primärstrahl 21 über einen Einlenkspiegel 37 so in den Spiegelträger 1 reflektiert, daß er am Konusspiegel 7 gespiegelt und ge­ genüberliegend nochmals gespiegelt wird, um anschließend an einem Auslenkspiegel 38 nach außen hin reflektiert zu werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind Spiegel 39, 40, 41, 42 vorgesehen. Der Primärstrahl 21 fällt auf einen Einlenkspiegel 39, wird von hieraus in Richtung auf den Spiegelträger 1 reflektiert, trifft im Bereich des Reflektors auf einen Umlenkspiegel 41, läuft von hieraus auf einen weiteren Umlenkspiegel 42, an dem er zu einem Auslenkspiegel 40 reflektiert wird, von dem aus der Primärstrahl 21 die Vorrichtung verläßt.

In den Fig. 6 und 7 ist der Verlauf der Sekundärstrah­ lung in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Reflektors gezeigt. Der Reflektor gemäß Fig. 6 hat einen Öffnungs­ winkel kleiner als 90°, während der in Fig. 7 darge­ stellte Reflektor einen Öffnungswinkel von 90° aufweist.

Der in Fig. 8 dargestellte Reflektor hat ellipsoide Form. Das zu untersuchende Volumen befindet sich im Brennpunkt des Reflektors, so daß die aus dem Reflektor austretende Sekundärstrahlung auf der Symmetrieachse des Reflektors fokussiert wird.

In Fig. 9 ist der Verlauf der Sekundärstrahlung in einem paraboloiden Reflektor dargestellt, den die Sekundär­ strahlung als parallel zur optischen Achse orientiertes Strahlenbüschel verläßt, weil das zu untersuchende Volu­ men sich im Brennpunkt des Reflektors befindet.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Winkelabhängigkeit der Intensität der Sekundärstrahlung, die ein zu untersu­ chendes, vorgebbares Volumen nach Anregung durch einen von einer Strahlenquelle abgegebenen gebündelten Pri­ märstrahl von sich gibt, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ein axialsymmetrischer Reflektor mit nach einer Seite hin sich erweiternder Reflektorwan­ dung vorgesehen und das zu untersuchende Volu­ men innerhalb des Reflektors symmetrisch zur Symmetrieachse des Reflektors angeordnet ist, wobei die Symmetrieachse des Reflektors die op­ tische Achse des Gesamtsystems darstellt,
• b) daß der Primärstrahl unter beliebigem Winkel durch die optische Achse in Höhe des zu unter­ suchenden Volumens innerhalb des Reflektors ge­ führt ist und die von dem zu untersuchenden Vo­ lumen ausgesandte Sekundärstrahlung an der Re­ flektorwand reflektiert ist,
• c) daß in Richtung der Sekundärstrahlung nach de­ ren Reflexion am Reflektor eine Blende und ein winkelselektierendes optisches Element vorgese­ hen sind und
• d) daß in Richtung der Sekundärstrahlung hinter der Blende und dem winkelselektierenden opti­ schen Element ein Detektor für die Sekundär­ strahlung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlenquelle eine Lichtquelle vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Strahlenquelle eine Laserstrahlquel­ le vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, welches das zu untersuchende Volumen bildet, den Raum innerhalb des Reflektors vollständig ausfüllt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, welches das zu untersuchende Volumen bildet, sich in einem transpa­ renten Behältnis befindet, welches von einem anderen Medium umgeben ist, das den verbleibenden Raum inner­ halb des Reflektors vollständig ausfüllt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein konus­ förmiger Reflektor vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Reflektors 90° beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein zweifach gekrümmter Reflektor vorgesehen ist, dessen Brennpunkt im zu untersuchenden Volumen liegt und dessen Wandung genügend hoch gezogen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein ellipsoider oder paraboloider Reflektor vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Halter für den Re­ flektor ein Körper von bestimmter Höhe vorgesehen ist, in dem eine zu der optischen Achse axialsymme­ trische Vertiefung vorgesehen ist, wobei an der In­ nenwand der Vertiefung der Reflektor vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung als Konus oder als zweifach gekrümmte beispielsweise parabolo­ ide oder ellipsoide Fläche ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus Teilab­ schnitten der genannten Reflektoren besteht, so daß der untersuchbare Winkelbereich der Sekundärstrahlung mit diesen Teilabschnitten korrespondiert.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reflektorwand zwei insbesondere diametral gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen sind, wobei der Primärstrahl durch die ei­ ne Öffnung in den Bereich innerhalb des Reflektors eintritt und der transmittierte Strahl durch die an­ dere Öffnung diesen Bereich verläßt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegelsystem mit we­ nigstens einem Einlenkspiegel und insbesondere wenig­ stens einem Auslenkspiegel vorgesehen ist, wobei der ankommende Primärstrahl durch den Einlenkspiegel so gerichtet wird, daß er das zu untersuchende Volumen unter beliebigem Winkel durchläuft und anschließend auf den Auslenkspiegel trifft und vom Auslenkspiegel aus die Vorrichtung als transmittierter Strahl ver­ läßt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Lochblende vorgesehen ist, die sich am Brennpunkt des Reflektors bzw. des Reflektor/Linsensystems befindet.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Ringzo­ nenblende vorgesehen ist, die sich außerhalb des Brennpunktes des Reflektors bzw. des Reflektor/Lin­ sensystems befindet.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als winkelselektierendes optisches Element eine rotierbare Blende mit azentri­ schem Durchlaß vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als winkelselektierendes optisches Element ein rotierbares Spiegelsystem vor­ gesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als winkelselektierendes optisches Element wenigstens ein als Blende wirkendes Element, beispielsweise ein oder mehrere Spiegelfa­ cetten, Glasfasern oder dgl. vorgesehen ist bzw. sind, welches bzw. welche die Selektion diskreter Winkel ermöglicht bzw. ermöglichen.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Photo­ multiplier vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Photo­ diodenarray vorgesehen ist, dessen Einzelkomponenten auch die Funktion der Blende bzw. Blenden gemäß An­ spruch 19 übernehmen können.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens eine sphärische Linse mit parallel zur optischen Achse des Gesamtsystems ver­ laufender optischer Achse vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens eine planparallele Platte auf der optischen Achse senkrecht zum Sekundärstrah­ lengang angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenig­ stens eine planparallele Platte aus optisch anisotro­ pem Material aus der Klasse der einachsigen Kristalle vorgesehen ist, wobei die optische Achse des Kri­ stalls parallel zur Richtung der vom Reflektor umge­ lenkten Sekundärstrahlung orientiert ist und die Platte senkrecht zum Sekundärstrahlengang angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor und dem Detektor wenigstens ein optisches Filter der­ art gegen die optische Achse geneigt angeordnet ist, daß die vom Filter reflektierten bzw. absorbierten Anteile der Sekundärstrahlung von den vom Filter transmittierten Anteilen der Sekundärstrahlung sepa­ rat analysiert werden können.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter ein Interferenzfilter ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter ein Polarisationsfilter ist.

28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein planer Reflektor ge­ gen die optische Achse geneigt im Sekundärstrahlen­ gang angeordnet ist und die nachfolgenden Elemente der Vorrichtung entlang der dadurch umgelenkten opti­ schen Achse vorzusehen sind.