DE2600371B2

DE2600371B2 - Optische Anordnung

Info

Publication number: DE2600371B2
Application number: DE19762600371
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Current assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date: 1975-01-07
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2600371C3; DE2600371A1; JPS5194287A; FR2297431B1; FR2297431A1

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

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

Patentansprüche:

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 Austrittsspalt zum Aussondern eines abgebeugten Lichtstrahls und
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.