DE2600371B2 - Optische Anordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die bisher bekannten Geräte zum Wählen und Messen einer festen Wellenlänge oder mehrerer
diskreter Wellenlängen im nahen UV-Bereich, im sichtbaren Spektrum und im nahen IR-Bereich, insbesondere
zur Spektralanalyse einer oder mehrerer Proben auf Emission, Absorption oder Reemission, also
Vorrichtungen wie Spektrographen, Spektrophotometer und Spektrofluorimeter, sind verhältnismäßig
kompliziert aufgebaut, störanfällig, schwierig umbaubar und nur durch besonders geschultes Personal zu
bedienen.
Es ist wohl eine photoelektrische Schalteinrichtung (vgl. US-PS 36 97 762) mit einer Leuchtdiode und mit
einem Lichtsensor bekanntgeworden, die nebeneinander in einem Block aus lichtdurchlässigem Kunststoff
angeordnet sind, wobei aber ein zusätzlich vorgesehener, beweglicher Lichtreflektor in den Strahlungsweg
des Lichts von der Leuchtdiode einbringbar ist, um einen Teil dieses Lichts zum Lichtsensor für dessen Ein-
oder Ausschalten zu reflektieren. Aufgrund des
ίο verschiebbaren Lichtreflektors fehlen also reproduzierbare
definierte Verhältnisse.
Ähnlich ist eine Lichtschranke (also letztlich ebenfalls
ein Ein-Aus-Schalter) mit einem Sende- und einem Empfangsteil bekanntgeworden (vgl. DE-OS 22 47 717),
bei der optische und elektronische Bauelemente des Sende- und des Empfangsteils auf Leiterplatten
angeordnet sind und für den Sende- und den Empfangsteil jeweils eine Optik vorgesehen ist, in deren
Brennpunkt ein optisches Bauelement liegt, wobei ein optisches Bauelement und wenigstens ein Teil der
elektronischen Bauelemente mit einer durchsichtigein Vergußmasse zu einem Vergußstück umgössen sind,
dessen Oberfläche als Optik für das optische Bauelement ausgebaut ist; dabei kann die Vergußmasse ein
Kunststoff sein, insbesondere Polymethylmethacrylat.
Beide bekannten Vorrichtungen sind im übrigen keine echten Bausteine, da sie jeweils nur für sich verwendet
werden sollen, also nicht mit anderen Bausteinen kombinierbar sind.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen optischen Baustein zu schaffen, der sich zum Bau von
optischen Geräten wie Spektrographen, Spektrophotometern und Spektrofluorimetern eignet, die gegenüber
derartigen bekannten Geräten wesentliche Vorteile aufweisen, indem sie unverstellbar, dicht, äußerst roDust
und leicht umbaubar sind, obwohl sie einen einstückigen Aufbau haben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
4c Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorzüge der unter Anwendung der Erfindung gebauten Geräte machen diese besonders geeignet zur
Untersuchung von Fremdstoffen 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.
Wie bei der aus der DE-OS 22 47 717 bekannten Anordnung wird vorzugsweise als lichtdurchlässiger
Kunststoff Polymethylmethacrylat 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.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,
b5 F i g. 3 und 4 die Draufsicht auf zwei andere optische
Bausteine,
Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines Spektrographen
mit zwei aufeinandergesetzten optischen
Bausteinen,
Fig.6 eine Einzelheit von Fig.5 in größerem
Maßstab, und
F i g. 7 eine Draufsicht eines Spektrofluorimeters mit
zwei aneinandergesetzten optischen Bausteinen.
Der in F i g. 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.
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.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei
dem die Lichtquelle 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 13 ist in diesem Fall ein konkaves Gitter, das im Block
eingebettet ist, und der Block hat an seiner einen Seitenfläche \b 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 hängen vom Anwendungsfall ab.
Zum Beispiel sind in F i g. 3 und 4 Ausführungsbeispiele mit mehreren Lichtquellen 15—18, mehreren
Aufnahmen 19—22 zur Aufnahme von Proben und mehreren Detektoren 23—26 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
Spektrophotometer, weil die Proben durch monochromatisches Licht beleuchtet werden, das vom Gitter 27
stammt.
Fig.5 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel
eines Spektrographen, der aus zwei optischen Bausteinen in Form von Blöcken 28 und 29 gebildet ist, die
aufeinandergesetzt sind, wobei die beiden Blöcke verschiedene Wellenlängen ausfiltern.
Um derartige Spektrographen leichter bauen zu können, haben die Blöcke einen solchen Aufbau, daß die
öffnungen zur Aufnahme einer Probe übereinanderliegen, um so die Untersuchung einer einzigen Probe, die
gleichzeitig in den beiden übereinander'tegenden Öffnungen liegt, zu gestatten. Die einzige Probe ist hier
z. B. in einem Rohr 30a enthalten, das von einer Lichtquelle 31a 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 286 und 29Z)
ίο befinden. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Empfänger an einen einzigen Detektor 34 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. F i g. 6 zeigt z. B. ein Rohr 35,
dessen Profil 36 diesem Zweck dient. Die Blöcke sind auch vorteilhaft zum Bau von
Spektrofluorimetern. F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spektrofluorimeters aus zwei optischen
Bausteinen in Form von 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 40
des Blocks beleuchtet wird, während der andere Block tin 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 Blöcken 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 F i g. 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.
Der verwendete Werkstoff ist ein lichtdurchlässiger Kunststoff.
Vorzugsweise wird Methylpolymethacrylat einge-
setzt, 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.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Optische Anordnung für die Spektralanalyse, mit
mindestens einer Lichtquelle,
mindestens einem Eintrittsspalt zum Aussondern eines Lichtstrahls aus dem Licht der Lichtquelle,
einem Beugungsgitter,
mindestens einem Eintrittsspalt zum Aussondern eines Lichtstrahls aus dem Licht der Lichtquelle,
einem Beugungsgitter,
mindestens einem Austrittsspalt zum Aussondern eines abgebeugten Lichtstrahls und
mindestens einem Empfänger hinter dem Austrittsspalt,
mindestens einem Empfänger hinter dem Austrittsspalt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsspalt (4), das Beugungsgitter (7; 13; 27; 30, 31;
40, 41) und der Austrittsspalt (5; 14) in einem Block (1; 28, 29; 37, 38) aus lichtdurchlässigem Kunststoff
ortsfest angeordnet sind.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6; 23—26) im
Innern des Blocks (1) ortsfest angeordnet ist.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (11) außerhalb
des Blocks (1) angeordnet ist.
4. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (2; 15—18) im Innern des Blocks (1) ortsfest angeordnet ist.
5. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
(10,12;31 ^außerhalb des Blocks(1;28) angeordnet
ist.
6. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Beugungsgitter (7) auf der Oberfläche des Blocks (1) ausgebildet ist.
7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im
Block (1) für eine spektral zu analysierende Probe eine Aufnahmeöffnung (3; 19—22) vorgesehen ist,
die sich in der Bahn des auf das Beugungsgitter fallenden oder von diesem reflektierten Lichtstrahls
befindet.
8. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Block (28) auf einen ähnlichen Block (29) aufsetzbar ist.
9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (37)
seitlich an einen ähnlichen Block (38) ansetzbar ist.
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