DE2600371A1 - Optischer baustein - Google Patents

Description

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310-25.158P(25-159H) 7. 1. 1976

INSTRUMENTS S.A., IVRY-sur-SEINE (Prankreich)

Optischer Baustein Die Erfindung betrifft einen optischen Baustein.

Optische Bausteine dienen zum Aufbau von einstückigen Vorrichtungen zum Wählen und Hessen einer festen Wellenlänge oder mehrerer diskreter Wellenlängen im nanen UV-Bereich, im sichtbaren Spektrum und im nahen IR-3ereich, insbesondere zur Spektralanalyse einer oder menrerer Proben auf Emission, Absorption oder Reemission.

Die erfindungsgemäßen Bausteine sind insbesondere für den Bau von Geräten wie Spektrographen, Spektrophotometern und Spektrofluorimetern vorgesehen, die gegenüber den bekannten Geräten wesentliche Vorteile zeigen, indem sie

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unverstellbarj dicht, äußerst robust und leicht umbaubar sind, obwohl sie einstückig sind.

Diese Vorzüge der unter Anwendung der Erfindung gebauten Geräte machen diese besonders geeignet zur Untersuchung von Premdstoffen und zur Anwendung durch nicht besonders ausgebildete Bediener, z. B. für Analysen unmittelbar an der Fertigungsstätte, während dieselbe Analyse mittels eines herkömmlichen Spektrographen in einem Laboratorium durch besonders geschultes Personal vorgenommen werden muß.

Die 'ürfindung gestattet ferner den Bau eines Interferenzfilters, das auf mehrere Wellenlängen fest eingestellt ist.

Der optische Baustein gemäß der Erfindung ist gebildet durch einen Block aus transparentem oder lichtdurchlässigem Kunststoff, der an vorbestimmten Orten aufweist: eine Einrichtung, um mindestens eine Bahn eines einfallenden Lichtstrahls in einer ausgewählten, vorgegebenen Richtung im Kunststoff-Block zu bilden, eine am Block befestigte Optik ?;um Empfang dieses Lichtstrahls und zu seiner Reflexion unter Fokussierung auf eine andere ausgewählte Bahn im Kunststoff-Block und eine Einrichtung, um im Block mindestens einen Empfänger für den reflektierten Strahl oder mindestens einen Austritt des reflektierten Strahls aus dem Block nach außen zu bilden.

Vcrzugsxtfeise ist dieser Block mit einem ähnlichen Block zusammensetzbar (an- und aufsetzbar).

Zweckmaßigerweise besteht die Einrichtung zum Empfang des einfallenden Strahls und zu seiner Reflexion einfach aus

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einem Spiegel oder einem anderen optischen Element mit Spiegelwirkung oder einem optischen Dispersions-Element, z. B. einem ebenen oder gekrümmten Beugungsgitter.

Das optische Element ist im Kunststoff des Blocks oder an der Oberfläche des Blocks eingebettet. Dieses Element' wird insbesondere auf die Block-Oberfläche kopiert, insbesondere, wenn es sich um ein Gitter handelt.

Der Block kann innen oder an seiner Oberfläche mindestens einen Eintrittsspalt auf der Bahn des einfallenden Strahls und/oder mindestens einen Austrittsspalt auf der Bahn des reflektierten Strahls aufweisen.

Die Einrichtung zur Bildung einer Bahn des einfallenden Strahls kann mindestens' einen Kanal im Block aufweisen, um eine Probe oder einen Probenhalter aufzunehmen, und/oder mindestens eine Lichtquelle, ζ. B. eine radioaktive oder Elektrolumineszenz-Lichtquelle, die im Block eingebettet ist.

Schließlich können ein oder mehrere lichtempfindliche Empfänger im Blick eingebettet oder an seiner Oberfläche befestigt sein, um den reflektierten Strahl zu empfangen. Diese Empfänger haben vorzugsweise elektrische Ausgänge. Zum Beispiel werden Photo-Transistoren verwendet.

Die erfindungsgemäßen Blöcke können allein oder mit anderen zusammengesetzt (aneinander- bzw. übereinandergesetzt) je nach Bedarf verwendet werden.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Blocks;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines anderen erfindungsgemäßen Blocks;

Fig. 5 und 4 die Draufsicht auf zwei andere erfindungsgemäße Blöcke

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Spektralanalyse mit einer Einheit von zwei aufeinandergesetzten Blöcken gemäß der Erfindung:

Fig. β eine Einzelheit von Fig. 5 in größerem Maßstab: und

Fig. 7 eine Draufsicht einer "Vorrichtung zur Spektralanalyse mit zwei aneinandergesetzten Blöcken gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 abgebildete Baustein ist ein Parallelepiped-Block 1 aus Methylpolymethacrylat, in dem verschiedene Einsätze vorgesehen sind, nämlich eine Lichtquelle 2, ein Kanal 3 zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe, ein Eintrittsspalt 4, ein Austrittsspalt 5 und ein Empfänger 6. Auf einer Fläche la des Blocks ist ein Beugungsgitter 7 aufkopiert.

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Die Bauteile 4, 7 und 5 sind so angeordnet, daß sie eine bestimmte Wellenlänge ausfiltern, so daß das Auftreten dieser Wellenlänge im von der Probe durchgelassenen Licht, also einer für ein nachzuweisendes Element charakteristischen Wellenlänge, durch den Detektor 6 gemeldet wird, der seinerseits ein Nachweissignal abgibt bzw. dieses Signal, z. B. über elektrische Leitungen 8, an eine Anzeigeeinrichtung 9 weiterleitet.

Pig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtquelle als Lichtcuelle 10 ebenso wie ein Empfänger 11 außerhalb des Blocks liegt. Dagegen ist ein Lichtleiter 12, z. B. aus Glasfasern, teilweise im Block eingebettet, um das Licht von der Lichtquelle 10 zur zu untersuchenden Probe zu leiten. Ein Beugungsgitter IJ ist in diesem Fall ein konkaves Gitter, das im Block eingebettet ist, und der Block hat an seiner einen Seitenfläche Ib einen Austrittsspalt 14, vor dem der Empfänger 11 angeordnet ist. Die Anzahl und die Anordnung der im Block vorgesehenen bzw. einer Fläche von ihm zugeordneten Bauteile hängai vom Anwendungsfall ab.

Zum Beispiel sind in Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele mit mehreren Lichtquellen I5-I8, mehreren Aufnahmen 19-22 zur Aufnahme von Proben und mehreren Detektoren 23-2β abgebildet.

Gemäß Fig. 3 arbeitet der Block als Spektrograph, weil das vom Gitter 27 empfangene Licht von den Proben kommt; der Block von Fig. 4 arbeitet als Spektrophotoraeter, weil die Proben durch monochromatisches Licht beleuchtet werden, das vom Gitter 27 stammt.

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Pig. 5 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel eines Spektrographen, der aus zwei Blöcken 28 und 29 jeweils gemäß der Erfindung gebildet ist., die aufeinandergesetzt sind, wobei die beiden Blöcke verschiedene Wellenlängen ausfiltern.

Um derartige Vorrichtungen leichter bauen zu können, haben die Blöcke einen solchen Aufbau, daß die öffnungen zur Aufnahme einer Probe übereinanderliegend um so die Untersuchung einer einzigen Probe, die gleichzeitig in den beiden übereinanderliegenden Öffnungen liegt, zu gestatten. Die einzige Probe ist hier z. B. in einem Rohr 30 enthalten, das von einer Lichtquelle 31 außerhalb der Einheit der beiden Blöcke beleuchtet wird.

Zur Vereinfachung der Abbildung sei angenommen, daß die das Licht zurückführenden optischen Bauteile Gitter 30 und 31 auf den beiden übereinanderliegenden Seitenflächen 28a und 29a der Blöcke sind, und es sei angenommen, daß die durch diese Gitter reflektierten Strahlen von entsprechenden Empfängern 32 und 33 empfangen werden, die sich auf oder nahe von zwei übereinanderliegenden Seitenflächen 28b und 29b der Blöcke befinden. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Empfänger an einen einzigen Detektor J>K außerhalb der Blöcke angeschlossen.

Die öffnung zur Aufnahme der Probe oder eines Rohrs mit der Probe kann jede gewünschte Form haben: falls die Lichtquelle sich auf der Achse der Öffnung befindet, ist es zweckmäßig, die Öffnung oder das Rohr so auszubilden, daß die Beleuchtung der Probe durch Reflexion erfolgt. Fig. 6 zeigt z. B. ein Rohr 35* dessen Profil 36 diesem Zweck dient.

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Die erfindungsgemäßen Blöcke sind auch vorteilhaft zum Bau von Spektrofluorimetern. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spektrofluorimeters aus zwei erfindungsgemäßen Blöcken 37 und 38, die nebeneinandergesetzt sind, um hintereinander zu arbeiten. Einer der Blöcke nimmt eine Probe 39 auf, die durch monochromatisches Licht von einem Gitter 4o des Blocks beleuchtet wird, während der andere Block ein Gitter 41 trägt, das das Licht der Probe 39 empfängt, die als Lichtquelle wirkt, wobei das Gitter 41 einen Empfänger 42 beleuchtet.

Die Anzahl von Lichtquellen 43, die das Gitter 40 beleuchten, sowie die Anzahl der Empfänger 42, die den vom Gitter 41 gebrochenen Strahl empfangen, können entsprechend der zu erfassenden Wellenlänge variieren.

Es können auch Spektrofluorimeter aus zwei erfindungsgemäßen Bausteinen aufgebaut werden, wobei der eine als Anregungsquelle und der andere als Spektrophotometer arbeiten.

Die Probe kann außerhalb der beiden Einrichtungen angeordnet sein.

Die Lichtleiter wie 12 von Fig. 2 können verwendet werden, um den einfallenden Strahl oder den reflektierten Strahl zu bilden, so daß die Anzahl dieser Lichtleiter vom Anwendungsfall abhängt.

Vorzugsweise sind die in oder an der Oberfläche der Blöcke verwendeten Gitter holographische konkave Gitter.

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Der verwendete Werkstoff ist ein transparenter oder lichtdurchlässiger Kunststoff.- -

Vorzugsweise wird Methylpolymethacrylat eingesetzt, weil es eine Brechzahl hat, die beträchtlich höher als die von Luft ist, so daß Geräte gebaut werden können, die für dieselbe Öffnung einen beträchtlich geringeren Raumbedarf als Geräte haben, bei denen der einfallende und der gebrochene Strahl sich in Luft anstatt in Kunststoff ausbreiten.

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Claims (10)

1. Ansprüche

   ' 1.J Optischer Baustein mit einem Block aus transparentem oder lichtdurchlässigem Kunststoff, dadurch gekennz e i chne t , daß an verschiedenen vorgegebenen Orten vorgesehen sind: eine Einrichtung (2, 12; 4), um im Kunststoff des Blocks (1) mindestens einen in einer ausgewählten vorgegebenen Richtung einfallenden Lichtstrahl zu bilden, eine Optik (7, 13) am bzw. im Block, um den Strahl zu empfangen und unter Fokussierung zu reflektieren, eine Einrichtung (5, 1''O, um im Kunststoff des Blocks (1) mindestens einen reflektierten Lichtstrahl abzutrennen, mindestens einen Smpfänger (6) des im Block reflektierten Strahls oder mindestens einen Austritt des reflektierten Strahls aus dem Block nach außen.
2. 2. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die Einrichtung zum Empfang des einfallenden Lichtstrahls und zu seiner Reflexion ein dispersives optisches Element ist.
3. 3. Baustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersive Element ein Beugungsgitter (7, 13, 27) ist.
4. 4. Baustein nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (7) auf der Oberfläche des Blocks ausgebildet ist.
5. 5· Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Block (1) eine Aufnahme (3) für eine zu untersuchende Probe vorgesehen ist, wobei sich die Aufnahme auf der Bahn des einfallenden und/oder re-

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   flektierten Strahls befindet.
6. 6. Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block auf einen ähnlichen Block aufsetzbar ist.
7. J. Baustein nach einem der Ansprüche 1-5.» dadurch gekennzeichnet, daß der Block seitlich an einen ähnlichen Block ansetzbar ist.
8. 8. Spektrograph, gebildet durch den Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme für die Probe sich im einfallenden Strahl befindet (Fig. 5)·
9. 9. Spektrophotometer, gebildet durch den Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme für die zu untersuchende Probe sich im reflektierten Lichtstrahl befindet (Fig. 4).
10. 10. Spektrofluorimeter, gebildet durch zwei aneinandergesetzte Bausteine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme zur Probe sich im reflektierten Lichtstrahl des ersten Bausteins befindet und als Quelle des in den zweiten Baustein einfallenden Strahls dient (Fig. 7)■

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