DE1923005A1

DE1923005A1 - Monochromator

Info

Publication number: DE1923005A1
Application number: DE19691923005
Authority: DE
Inventors: Stenz Dipl-Phys Dr Herbert; Witte Dipl-Phys Dr Wolfgang
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1969-05-06
Filing date: 1969-05-06
Publication date: 1970-11-26
Also published as: DE1923005B2; US3664742A

Description

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Dipl.-Phys. ^Jürgen tOeisse j_el_ex gsi6895 I 9 2 3 U U

Patentanwälte

Patentanmeldung

Bodenseewerk Perkin-Elmer cc Go. GmbH, 7770 Überlingen/Bödensee

Monochromator

Die Erfindung betrifft einen Monochromator mit einem Eintrittsspalt, einem dispergierenden Element, das durch seine optische Wirkung die Bündelbreite in der Dispersionsebene verändert, und einem Austrittsspalt.

Bei einem solchen Monochromator ist es wünschenswert, bei gegebener spektraler Auflösung den Strahlungsfluß möglichst groß zu machen. Sind mit Ausnahme der Spalte alle optischen Elemente des Monochromator vorgegeben, dann ist bei einer ebenfalls vorgegebenen spektralen Auflösung der Strahlungsfluß maximal, wenn der Aüstrittsspalt die gleiche Breite hat wie das monochromatische Bild des Eintrittsspaltes in der Ebene des Austritt sspaltes.

Es ist weiterhin wünschenswert, das Verhältnis von Spaltbreite zu Spalthöhe den Gegebenheiten der übrigen Optik möglichst gut anzupassen. Beispielsweise ist es bei Verwendung eines Golay-Empfängers, der eine runde Empfängerfläche besitzt, vorteilhaft,

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das Verhältnis von Breite zu Höhe möglichst nahe an 1 zu bringen. Bei einem Thermoelement, dessen Empfängerfläche verhältnismäßig schmal und lang sein kann, kann es demgegenüber wünschenswert sein, das Verhältnis von Breite und Höhe dea Austrittsspaltes möglichst klein zu wählen. Mit Rücksicht auf den Strahlengang im Xüvettenraum kann es wünschenswert sein, das Verhältnis von Breite zu Höhe des Eintrittsspaltes möglichst nahe an 1 zu bringen. Das gleiche ist der Fall, wenn nan eine runde Strahlungsquelle, z.B. dia Hohlkathode einer Hohlkathodenlampe in einem Atom-Abaorptions-Spektrometer, auf den Eintrittspalt abbildet. Andererseits können die Abmessungen der Flamme in einem Atom-Absorptions-Spektroraeter ein möglichst kleines Verhältnis von Breite und Höhe des Sintrittsspaltes als wünschenswert erscheinen lassen. Ganz allgemein kann es also je nach den Forderungen an den Strahlengang außerhalb des Monochromators wünschenswert sein, das Verhältnis von Breite zu Höhe eines der beiden Spalte in einer gewünschten Richtung zu beeinflussen, ohne dadurch andere Größen, wie z.B. die Auflösung, zu verändern.

Es sind Monochromatoren bekannt, welche die erste der obigen Bedingungen erfüllen, beispielsweise Prismenmonochromatoren, bei denen das Prisma im Minimum der Ablenkung, also mit symmetrischem Durchgang, benutzt wird, oder Monochromatoren, bei denen Eintritts- und Austrittsspalt übereinander angeordnet sind. Bei solchen Monochromatoren wird im allgemeinen der Eintrittsspalt alt monochromatische» Licht la Verhältnis 1 : 1 in der Ebene des Austrittsspaltes abgebildet, und beide Spalte haben die gleiche Breite.

Es sind aber auch Monochromatoren bekannt, welche die obigen Bedingungen nicht erfüllen. Solche Monochromatoren können gegenüber den eben genannten Monochromatoren durchaus Vorteile aufweisen, wi· das zum Beispiel bei einem Gitter-Monochromator

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OWGlNAL IMSPECTED

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nach Czerny-Turner der Fall ist, der eine schärfere Abbildung des Eintrittsspaltes in der Ebene des Auatrittsspaltes erzeugt, rei solchen Monochromatoren sind im allgemeinen die beiden Brennweiten gleich groß und die beiden Spalte gleich breit. Das Bild des Eintrittsspaltes ie-fc der Ebene des Austrittsspaltes ist jedoch breiter oder schmaler als der Austrittsapalt, 30 daß kein optimales Verhältnis von Auflösung au Strahlungsflufi erzielt wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Monochromatoren besteht darin, daß sich das Verhältnis von Breite zu Höhe der Spalte bei gegebener Auflösung nicht verändern läflt, ao daß also auf gewisse Forderungen, die an den vorgeschalteten oder an den nachgeschalteten optischen Strahlengang gestellt werden können, keine Rücksicht genommen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Monochromatoren, deren dispergierendes Element die Bündelbreite in der Dispersionsebene in unmittelbarer Nähe dieses Elements verändert, das Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei solchen Monochromatoren das Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß wenigstens bei einer Wellenlänge optimal zu gestalten.

Darüberhinaus besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Honochromatorer. zu schaffen, die bei allen Wellenlängen ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erzielen.

Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, die Monochromatoren so zu gestalten, daß auch bei einer Spaltbreitenänderung ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erhalten bleibt.

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BAD ORIGINAL

■-#-■■

Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei gegebenem Dispersionselement, gegebenem Strahlungsfluß und gegebener Auflösung das Verhältnis von Breite zu Höhe eines der beiden Spalte für den vor- oder nachgeschalteten Strahlengang möglichst günstig zu gestalten.

Der Monochromator nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Wellenlänge im Arbeitsbereich des Monochromators die Bedingung ,

— = ^B1 ^a2

^bi B2 al erfüllt ist, wobei

b-j die Breite des Eintrittsspaltes, b2 die Breite des Austrittsspaltes,

Bi die Bündelbreite in der Dispersionsebene vor dem disper-: gierenden Element,

B2 die Breite des monochromatischen Bündels der vom Austrittsspalt erfaßten Wellenlänge optisch hinter dem dispergierenden Element,

ai die effektive Gegenstandsweite und

a2 die effektive Bildweite bei der monochromatischen Abbildung des Eintrittsspaltes auf die Ebene des Austrittsspaltes ist,

Beispielsweise sind bei einem Czerny-Turner Monochromator ai die Brennweite des Kollimatorelements und a2 die Brennweite des Abbildungselements oder bei einem Monochromator mit einem Konkav-Gitter ohne sonatige abbildende Elemente ist

ai der Abstand des Eintrittsspaltes vom Konkavgitter und a2 der Abstand des Austrittsspaltes vom Konkavgitter. Bei Einhaltung der angegebenen Bedingung ergibt sich ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß auch bei unterschiedlichen Breiten von Eintritts- und Austrittsspalt und

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Sf-

unterschiedlichen Bündelbreiten vor und hinter dem dispergierenden Element, wie nachstehend noch im einzelnen nachgewiesen werden wird. Die Möglichkeit, bei unterschiedlichen Spaltbreiten und Bündelbreiten eintritts- und austrittsseitig ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß zu erhalten, gestattet es weiterhin, das Verhältnis von Breite zu Höhe des Eintritts- oder Austrittsspaltes in einer gewünschten Richtung zu beeinflussen, und zwar dadurch, daß man die größere oder die kleinere Bündelbreite demjenigen Spalt zuordnet, der, in der obigen Reihenfolge, ein möglichst kleines oder ein möglichst großes Verhältnis von Breite.zu Höhe aufweisen soll. Man kann bekanntlich bei jedem Monochromator Eintritts- und Austrittsspalt in ihrer Wirkung vertauschen.

Vorteilhafterweise sind die Spaltbreiten synchronisiert mit der Wellenlängenabtastung derart steuerbar, daß die Bedingung

b-| B2 a-] ·

im wesentlichen für alle Wellenlängen des Arbeitsbereiches erfüllt ist.

Man kann außerdem die Spalte so steuern, daß die vorstehende Bedingung bei mindestens einer Wellenlänge für alle Spaltbreiten erfüllt ist.

Anhand der Zeichnungen werden die der Erfindung zugrundeliegen den physikalischen Zusammenhänge erklärt und einige Anwendungs beispiele erläutert. Es zeigen

Figur 1 den Strahlengang in einem Monochromator mit

einem dispergierenden Element zur Erläuterung der physikalischen Grundlagen der Erfindung,

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Figur 2 den Strahlengang in der Umgebung des dispergierenden Elements,

Figur 3 einen Gitter-Monochromator nach Gzerny-Turner in erfindungsgemäßer Abwandlung,

Figur 4 ein Gitter mit einem einfallenden und einem gebeugten Strahl,

Figur 5 eine mechanische Steuerung der Schleifer zweier

Potentiometer, die zur Steuerung der Spaltbreiten dienen,

Figur 6 eine mechanische Steuerung des Abgriffs eines weiteren Potentiometers, das zur Steuerung der Spaltbreiten, und

Figur 7 einen Stromlaufplan einer Spaltbreitensteuerung.

Figur 1 zeigt einen Monochromator mit einem Eintrittsspalt 1, einem Kollimatorelement 2, einem dispergierenden Element 3, einem abbildenden Element 4 und einem Austrittsspalt 5. Das Kollimatorelement 2 und das abbildende Element 4 sind in Figur als Linsen gezeichnet. Ss können jedoch ebensogut andere, optisch ähnlich wirkende Elemente verwendet werden, beispielsweise Hohlspiegel.-Das dispergierende Element 3 ist in Figur 1 nur als Block dargestellt. Es kann sich um ein Prisma, ein Transmisaionsgitter oder ein Reflexionsgitter handeln. Bei Verwendung eines Konkavgitters können die drei Elemente 2, 3 und 4 zusammenfallen und das Konkavgitter bilden.

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Wir betrachten den Verlauf monochromatischen Lichts im Monochromator. Der iintrittsspalt 1 hat die Breite X>-\. Sein Abstand von der Linse 2 beträgt ai. al ist zugleich die Brennweite der Linse 2. Hinter der Linse entsteht also ein Parallelbündel. Das von der Mittellinie des ZÜintrittsspaltes 1 ausgehende monochromatische, divergente Strahlenbündel wird durch die Linse in ein Parallelbündel einer bestimmten Richtung verv.'andelt. Die von den beiden kändern des üintrittsspaltes 1 ausgehenden Strahlen schließen hinter der Linse 2 mit den eben genannten Parallelstrahlen.einen Winkel <i_A ein. Das dispergierende Element 3 sei zugleich Aperturblende. Auf das dispergierende Element 3 trifft also ein Bündel der Breite Bi mit dem Öffnungswinkel du . Hinter dem dispergierenden Element 3 entsteht ein Bündel der Breite B2 mit dem Öffnungswinkel d.^ . Ein allgemeines optisches Gesetz (die Sinusbedingung) fordert, daß bei einer scharfen Abbildung gelten muß

(1) B-| sin<i_A = B2 sin A^

Da die Breiten b der Spalte klein sind gegen die Abstände a, sind die Winkel sehr klein, so daß wir den Sinus durch ien Winkel selbst ersetzen können.

(2) . B₁A₁ = B₂4._a

Nun gilt für die Breite bi des Sintrittsspaltes

(3) b! =

und für die Breite b2^f des Bildes des Eintrittsspaltes in der Ebene des Austrittaspaltes

(4) b£' = _l

BAÖ ÖRtöWAL

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Die drei Gleichungen (2), (3) und(4) führen zu der Gleichung

(5) Ta₂' Bi a₂

bi B₂. ai

Das beste Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß erhält man, wenn man den Auatrittsspalt genauso breit macht wie das Bild des "Eintrittsspaltes, d.h., wenn man dem Austrittsspalt die Breite b2

(6) b₂ = b2' -

nach Gleichung (4) gibt. Die Bedingung für das beste Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß ist also, wenn b2 die Breite des Austrittsspaltes bedeutet und wenn der Strahlungsfluß durch bi UM(J(^ gegeben ist!

bi B₂ ai

Der Einfluß des Faktors B-]/B₂ wird bei den bekannten Monochromatoren nicht berücksichtigt, wenn nicht zufällig Bi = B₂ ist, womit die Erklärung für die oben erwähnten Nachteile der bekannten Monochromatoren mit Bi E₂ gegeben ist.

figur 2 zeigt noch einmal das dispergierende Element 3 und ^: die Strahlenbündel in unmittelbarer Umgebung. Der Einfachheit halber' sind die Bündel als ideal parallele Bündel gezeichnet. Das auftreffende Bündel hat die Breite B-j. Das austretende Bündel einer bestimmten Wellenlänge hat die Breite B₂. Eine andere Wellenlänge liefert ein austretendes Bündel einer etwas anderen Richtung.

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OFftGIMAL INSPECTED

infolge der anderen Richtung hat dieses Bündel auch eine andere Breite B^. Das Verhältnis b2' zu bi ändert sich also infolge der Dispersion mit der Wellenlänge, wobei b2* die Breite des Bildes des Eintrittsspaltes hat. Man muß also, um ein günstiges Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß zu erhalten, entweder die Spaltbreiten bp' und b-) in ein solches festes Verhältnis setzen, daß die Gleichung (7) bei einer mittleren Wellenlänge erfüllt ist, oder man muß die Spaltbreiten wellenlängenabhängig so steuern, daß die Gleichung (7) bei allen Wellenlängen erfüllt ist.

Figur 3 zeigt einen Gittermonochromator nach Czerny-Turner, der jedoch erfindungsgemäß mit unterschiedlichen Brennweiten der beiden Hohlspiegel ausgelegt ist. Bei einer bestimmten mittleren Wellenlänge hat das Gitter 3 die eingezeichnete Stellung. D'as vom Hohlspiegel 2 herkommende Bündel fällt mit der Breite Bi unter dem Einfallswinke1f auf das Gitter 3· Die vom Gitter 3 gebeugte monochromatische Strahlung derjenigen Wellenlänge, die vom Austrittsspalt 5 ausgesondert wird, verläßt das Gitter unter dem Einfall swinkel*Jin einem Bündel der Breite B2. Die Brennweiten al und a2 der Hohlspiegel 2 und 4 sind so gewählt, daß die Breite b2 des Austrittsspaltes gleich der Breite b-| des Eintrittsspaltes wird, so daß also nach Gleichung (7) gilt

(8) a₂ B₂

a-i Bi

Ist G die wirksame Breite des Gitters, dann gilt für die Bündelbreiten

(9) B₁ = G ooa/

(10) B2 = G cosy
also

⁽¹¹⁾ . >; coat

■ai

cos^f #09848/0579 _₁₀_

Die beiden Spalte sind gleich breit und liegen in einer Ebene, wie das bei einem Cserny-Turner Monochromator der üblichen Ausführungsart auch der Fall ist. Werden die .änderungen der Spaltbreiten so durchgeführt, daß die Gleichheit der beiden Spaltbreiten stets erhalten bleibt, wie das bei bekannten Konochronatoren ebenfalls der Pail ist, dann bleibt die Gleichung (11) auch bei Spaltbreitenänderung für die ausgewählte Wellenlänge erhalten. Bei anderen ".'/eilenlängen wird das optimale Verhältnis Auflösung/Strahlungsfluß nicht erreicht. Die Abweichungen sind jedoch im Mittel kleiner als bei einem symmetrischen Czerny-Turner Konochromator {ά? = al} mit gleichen Spaltbreiten (b2 = bi). Auch bei einem asymmetrischen Czerny-Turner Ilonochromator nach Figur 3 bleiben die beiden Spalte stets gleich breit, wenn man die äußere Spaltbacice des Eintrittsspaltes 1 und die innere Spaltbacice des Austrittspaltes durch ein Verbindungsglied 7 und die innere Spaltbacke des Eintrittsspaltes 1 und die äußere Spaltbacke des Austrittsspaltes 5 durch ein anderes Verbindungsglied 6 starr miteinander verbindet. Zur Spaltbreitenänderung v/erden dann diese beiden Verbindungsglieder 6 und 7 in an sich bekannter Weise symmetrisch gegeneinander verschoben.

Die Spaltbreiten lassen sich so steuern,.daß die Gleichung (7) für alle Wellenlängen erfüllt wird. Das soll anhand eines Gitter-Monochromators für den Spezialfall al = a₂ gezeigt werden. Unter dieser Voraussetzung gilt

⁽¹²⁾ " Ü Jl !

bi B₂ G cost

Figur 4 zeigt das Gitter 5, einen einfallenden Strahl 8 und einen gebeugten Strahl 9 derjenigen Y/ellenlänge, die von dem Austrittsspalt ausgesondert wird.

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!"er eir.failer.Ie Strahl bildet mit der Gitternormalen den Zinfallswi^v.l:el/ , der gebeugte Strahl bildet mit der Gitternormalen iei: Aus fall ßwinicel'f . Einfallender und gebeugter Strahl schlitten den konstanten V/inkel ι* ein. 2ine Velleni-inreriUnderur. ler den Austrittsspalt verlassenden Strahlung v.'ird durch Drehung des Gittern erreicht. Dabei bleibt stets die Beziehung

(13 η- - T - ■" - const

erhalten, d.h. bei einer Gitterdrehung (V.ellenlängenänderung) andern siel: fund "f stets ini gleichen Sinne und um den gleichen Betrag. Diere Besiehung kann man su einer einfachen Spaltsteuerung ausnutzen, z.3. in der in Figur 5 dargestellten Weise.

In Figur ί ist eine gedachte Linie 11-11 --eseichnet. Auf dieser ^i:.ii. liegt der Drehpunkt 24 der beiden starr miteinander verbundenen Hebel 12 und 13. Der Hebel 12 schließt mit der gedachten Linie 11-11 den »vinkel ψ eint dar Hebel 13 den Winkel'/' V.'ird der Dcppelhebel gedreht, dann ändern sich ff und ^ im gleichen Sinne und uui aeix gleichen betrag, wie es dar Beziehung ('3' entspricht. L'er Drehpunkt des Dcppelhebels liegt in der Drehachse des nicht einge^eiclmeten litters. Sitter und Doppelhebel sind starr miteinander verbunden. Der Doppelhebel ist relativ zu::. Gitter se ein^ustiert, daß die Winkel IP und mit ^ den jeweiligen uiinfallswiiikel und. Ausfallswinkel am Gritter übereinstinxen. Der Hebel 1L trügt an seines 3nde einen Stift 14, der Hebel 1? einen Stift ":. Der Stift 14 gleitet in den; senkrecht zur Linie 11-11 verlaufenden Schlits eines Armes 16, der mit einem Schleifer 18 starr verbunden ist. Dieser Schleifer 18 gleitet auf einem parallel sur Linie 11-11 ausgerichteter Potentiometer 20, dessen eines Snde 22 auf der Höhe des

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Drehpunktes 24 des Doppelhebels 12, 15 liegt (die Verbindungslinie 22-24 steht senkrecht auf der linie 11-11). Der Stift 1L- gleitet in dem senkrecht zur Linie 11-11 ausgerichteten Schütz eines Armes 17, der starr mit dem Schleifer 19 verbunden ist. Dieser Schleifer 19 gleitet auf einem Potentiometer 21, aas parallel zur Linie 11-11 ausgerichtet ist. Das eir.e Ende 25 des Potentiometers 21 liegt auf der Kühe des Drehpunktes 24 des Doppelhebels 12, 13, d.h. die Verbindungslinie 2J-24 steht senkrecht auf der Linie 11-11.

Am Potentiometer 20 entstellt zwischen dem einen ünde 22 und dein Schleifer 16 eine Spannungsdifferenz U4, die cos *f proportional ist. In entsprechender Weise entsteht am Potentiometer 21 zv/ischen dem einen Lnde 25 und dem Schleifer 19 eine Spannungsdifferenz U5, die cos^ proportional ist. Benutzt man die Spannungen U 4 und U«; direkt zur Steuerung der Spalte, dann werden die Gleichungen (7) bzw.(12) erfüllt.

Es tritt jedoch noch eine unerwünschte Nebenwirkung auf: Die beiden Spalte verengen oder verbreitern sich gleichsinnig in unerwünschter 'nei^e, und zwar derart, daß sich beide Spalte nit zunehmender V/ellenlange verengen. Diese unerwünschten Spaltänderungen lassen sich eliminieren, wenn man die Potentiometer 20 und 21 mit einer Spannung U3 speist, die den Cosinus eines Winkels]fumgekehrt proportional ist, der seiner Größe nach zwischen 'fund 4- liegt und sich mit diesen Winkeln gleichsinnig und um gleiche Beträge ändert, beispielsweise mit V'= (j + * )/2. Diese Spannung TJ3 läßt sich in der in Figur 6 dargestellten V/eise erzeugen.

In Figur 6 ist ein Hebel 25 im Punkt 24 drehbar gelagert. Er dreht sich mit dem Gitter um gleiche Winkelbeträge.

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BAD OBIGINAL

Ein Potentiometer 26, dessen eines 3nde 27 mit dem Drehpunkt zusammenfällt, schließt mit dem Hebel 25 den Winkel £" ein. JJa der Schleifer 28, wie später ersichtlich wird, niemals in die Nähe des Endes 27 gelangt, kann an diesem Ende ein gewisser Teil des Potentiometers abgetrennt und 2.B. durch einen räumlich anders gelagerten Vorwiderstand ersetzt werden, wenn das aus räumlichen Gründen wünschenswert ist. Am Ende des Hebels 25 ist ein Arm starr befestigt, der einen Schlitz 29 trägt, welcher senkrecht zum Hebelarm 25 verläuft. In diesem Schlitz gleitet ein Führungsstift 30 des Schleifers 28. Die Spannung U3 zwischen dem Schleifer 28 und dem Ende 27 ist dann proportional 1/cos T·

Figur 7 zeigt das elektrische Schema. Das Potentiometer 31 wird mit der Spannung U₀ gespeist. Mittels des Schleifers 32 wird die gewünschte Spaltbreite oder das gewünschte Spaltbreitenniveau eingestellt. Es entsteht eine Spannung Ui, mit der eine Widerstandskette 33- gespeist wird. Mit Hilfe dieser Widerstandskette wird an einem Potentiometer 34 der gewünschte Spannungsverlauf erzeugt_s der z.B. so eingestellt ist, daß die Spalte bei allen Wellenlängen annähernd den gleichen S'trahlungsfluß erzeugen.» Der Schleifer 35 dieses Potentiometers 34 wird wellenlängenabhängig verschoben. Es entsteht eine wellenlängenabhängige Spannung U2» mit der das Potentiometer 26 gespeist wird. Dieses Potentiometer ist mit dem Potentiometer 26 in Figur 6 identisch. Es trägt den Schleifer 28. So entsteht die Spannung F3, die 1/cos ~f proportional ist. Mit dieser Spannung U 3 wird das Potentiometer 20 gespeist, das den Schleifer 18 trägt* Dieses Potentiometer 20 ist mit dem Potentiometer In Figur 5 identisch. Mittels des Schleifers 18 wird eine Spannung U4 abgegriffen, die proportional ist. Gleichzeitig speist die Spannung U3 das Potentiometer 21, das mit dem entsprechenden Potentiometer in Figur 5 identisch ist.

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Mittels seines Schleifers 19 wird eine Spannung U5 abgegriffen, die cos ^/cosj proportional ist. Die spannungen U4 und U5 werden direkt zur Steuerung der Spaltbreiten verwendet, z.B. jeweils mittels Folgepotentiometer und Servomotor.

Das Potentiometer 26 kann entfallen, wenn man die Funktion l/cos^ oder eine ähnliche Punktion im Spannungsverlauf des Potentiometers 34 mit berücksichtigt„

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darinj, dal3 auch bei Monochromatoren, deren dispergierendes Element die Bündelbreite verändert, ein günstigeres Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erreicht wird, als das bei den bekannten Monochromatoren dieser Art der Fall ist» Dabei wird mindestens bei einer Wellenlänge ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erreicht. Die Erfindung gestattet es darüberhinaus, den Monochromator so zu konstruieren, daß bei allen Wellenlängen ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erreicht wird. -Weiterhin ist es möglich, die erzielten Vorteile auch bei Spaltbreitenänderungen zu erhalten. Schließlich besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß mindestens einer der beiden Spalte in seiner Auswirkung auf den übrigen Strahlengang bezüglich seines Verhältnisses von Breite zu Höhe'beeinflußt werden kann, ohne die übrigen Parameter des Monochromators zu verändern.

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Claims

Patentansprüche

Monochromator ir.it einem £intritts8palt, einem dispergierender. Elemei.t, das durch eeine optische Wirkung die Bündelbreite in ier I)if3persionseueXi.e verändert, und einen Austrittsspalt, dadurch gekennzeichnet,

daii für mindestens eine Wellenlänge im Arbeitsbereich des Mono ehr om-.tora die Bedingung

b2 B₁ Bl₂

b-, B2 al

erfüllt ist·, wobei

bi die breite des Eintrittsspaltes b_c die Breite des Austrittsspaitea

B-; die Bandelbreite in der Dispersionsebene vor dem disper^ierenden Element

B_ die Breite des monochromatischen Bündels der vom Austrittsspalt erfaßten Weilenlänge optisch hinter dem dispergierenden Element

a-, die effektive ue<-;enstandsweite und a^ die effektive bildweite bei der monochromatischen Abbildung des Sintrixtssp>u.tes auf die Ebene des Austrittssp-iltes

ist.
2. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet,

dai die Spaltbreiten synchronisiert mit der Wellenlängenabtastung derart steuerbar sind, daß die Bedingung

b2 Bi az

bi B2 al

im^wjia-eJitljiÄhen. für alle Wellenlängen des Arbeitsbereiches erfüllt ist. 009848/0579

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3. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das dispergierende Element ein zur Wellenlängenabtastung schwenkbares Gritter (3) ist, daß durch je einen Hohlspiegel (2 bzw. 4) ein von dem Eintrittsspalt (1) ausgehendes Lichtbündel parallelgerichtet unter einem Einfallswinkel f auf das Gitter (3) geleitet und ein unter einem Winkel^ zur Gitternormalen gebeugtes monochromatisches paralleles Lichtbündel auf dem Austrittsspalt (5) gesammelt wird und daß für eine Wellenlänge des Arbeitsbereiches

ist.
4. Monochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß daa dispergierende Element ein zur Wellenlängenabtastung schwenkbares Gitter (3) ist, daß durch je ein optisches Glied der Brennweite a^ = &2 ein von dem Eintrittsspalt (1) ausgehendes Lichtbündel parallelgerichtet unter einem Einflallswinkel *f auf das Gitter (3) geleitet und ein unter einem Winkel ^Kf zur Gitternormalen gebeugtes monochromatisches paralleles Lichtbündel auf den Austritts"spalt (5) gesammelt wird und" daü die Spaltbreiten von Eintritts- und Austrittsspalt bei der Wellenlängenabtastung proportional zu cos f bzw. cosy> veränderbar sind.

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5. Monochromator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spaltbreiten von Eintritts- und Austrittsspal-t durch eine zusätzliche Steuerung (26...) gemeinsam proportional zu cos Y'mitj-i'p^'oder ^^L ^ , beispielsweise proportional zu

cos

veranderbar sind.
6. Monochromator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Spalt (1, 5) nach Maßgabe der an je einem Geberpotentiometer (20, 21) abgegriffenen Spannung (U4, TJ5) verstellbar ist, . - "

daß das eine Geberpotentiometer (20) bei Verschwenken des Gitters (3) proportional zu cos f und das andere proportional zu COs^ verstellbar ist und

daß beide Geberpotentiometer (20, 21) von einer Spannung (U3) gespeist werden, die an einem proportional zu

cos

verstellbaren Potentiometer (26) abgegriffen wird«
7. Monochromator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß mit dem Gitter (3) ein Winkelhebel verschwenkbar ist, dessen Schenkel (12, 13) mit einer durch den Schwenkpunkt (24) gehenden Linie (11-11) die Winkel ί bzw. M" einschließen

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daß gestreckte lineare Potentiometer (20, 21) räumlich, parallel zu der besagten Linie (11-11) als Geberpotentiometer angeordnet sind und

daß mit den Schleifern (18, 19) der Potentiometer (20, ^t) Kulissenführungen (16, bzw. 17) senkrecht zu der besagten Linie (11-11) verbunden sind, in die Zapfen (H, 15) an den Enden der Winkelhebel-Schenkel (12, 13) eingreifen.
8. Monochromator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, · daß mit dem Gitter (3) ein als rechtwinkliges Winkelstück ausgebildeter Hebel (25) verschwenkbar ist, dessen einer Schenkel, an dessen Ende der Hebel schwenkbar gelagert ist, mit einem gestreckten linearen Potentiometer (26) jeweils einen Winkel -£>_ j^a f einschließt und dessen anderer Schenkel eine geradlinige Kulissenführung (29) aufweist, in welche ein mit dem Schleifer (28) des Potentiometers (26) verbundener Zapfen (30) eingreift und daß die am ScÜeifer (28) dieses Potentiometers (26) abgegriffene Spannung (TJj) die nach Maßgabe von cos 3 und cob" Y" verstellbaren Geberpotentiometer (20, 21) speist.
9. Monochromator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, ,

daß zur wellenlängenabhängigen Spaltprogrammsteuerung ein weiteres mit Anzapfungen versehenes Potentiometer (34) vorgesehen ist, dessen Abgriff (35) naoh Maßgabe der Wellenlängenabtastung verstellbar und mit dem 1/ cos ^r^-—Pot en- (26) tiometer verbunden ist und dessen Anzapfungen mittels einer Wideretandskette (33) Potentiale zur Darstellung eines gewünschten Spaltprogrammes eingeprägt sind.

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