DE1141094B

DE1141094B - Strahlungsquellenanordnung

Info

Publication number: DE1141094B
Application number: DEB62707A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joseph Braunbeck
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1961-05-30
Filing date: 1961-05-30
Publication date: 1962-12-13

Description

Strahlungsquellenanordnung Für den Betrieb optischer Meßgeräte sind mitunter mehrere Lichtquellen mit verschiedenen spektralen Intensitätsverteilungen erforderlich. Zum Übergang von einer dieser Lichtquellen auf die andere sind unbequeme Umschaltvorgänge erforderlich. Ein Beispiel für derartige Geräte bilden Spektrophotometer mit Wasserstoff- und Wolframbandlampe. Die eine dieser Lichtquellen wird im Wellenlängenbereich von 200 bis 360 mull, die andere im Bereich von 360 mp bis 2,8 p gebraucht. Die Umschaltung erfolgt meist durch Schwenken eines Umlenkspiegels. Der Übergang von einer Lichtquelle auf die andere wird besonders bei der kontinuierlichen Registrierung von Spektren als störend empfunden. Aber auch bei anderen Geräten, beispielsweise bei Polarimetern, treten ähnliche Probleme auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden.
Ausgehend von einer Strahlungsquellenanordnung mit wenigstens zwei Strahlungsquellen, von denen die erste Strahlungsquelle im wesentlichen unterhalb einer Wellenlänge ik, die zweite Strahlungsquelle im wesentlichen oberhalb der Wellenlänge ik emittiert, sieht die Erfindung vor, daß mittels eines an sich bekannten teildurchlässigen Spiegels, dessen Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge ik von angenähert 1 auf angenähert 0 springt, ein virtuelles Bild der ersten Lichtquelle mit der zweiten Lichtquelle zur Deckung gebracht wird. Die so überlagerten Strahlenbündel wirken so, als kämen sie von einer Strahlungsquelle, welche in dem gesamten Wellenlängenbereich, also beispielsweise von 200 mp bis 2,8 Il, emittiert. Eine Umschaltung entfällt. Der Übergang erfolgt vollkommen kontinuierlich. Durch geeignete Wahl der Spiegel kann man erreichen, daß dabei keine Sprünge in der Spektralverteilung der Strahlungsintensität auftreten.
Es ist natürlich bekannt, mittels teildurchlässiger Spiegel Gegenstände und virtuelle Bilder zur Deckung zu bringen. Es genügt aber nicht, zwei Lichtquellen virtuell mittels einfacher teildurchlässiger Spiegel aufeinander abzubilden, denn dann würde nicht nur ein großer Teil der Strahlungsleistung verlorengehen, sondern dieser Anteil der Strahlungsleistung würde irgendwo im Gehäuse absorbiert werden und dort zu einer starken unerwünschten Erwärmung führen. Es ist also wesentlich, daß die virtuelle Abbildung in einer solchen Weise erfolgt, daß praktisch keine Strahlung in unerwünschter Richtung läuft, sondern möglichst alle Strahlungsenergie der beiden Strahlungsquellen in die gewünschte Richtung geleitet wird. Durch die Verwendung an sich bekannter selektiv reflektierender Spiegel wird dagegen eine stationäre optische Überlagerung der beiden Strahlenbündel praktisch ermöglicht.
Es ist darauf hinzuweisen, daß in solchen Spektralbereichen, in denen nur wenig Lichtenergie vorhanden ist (beispielsweise iZ > Ak), das aus anderen Spektralbereichen zur Verfügung stehende Licht (beispielsweise A < ÄM) gegebenenfalls störend wirken kann.
In Abb. 1 sind das Reflexionsvermögen R und die Durchlässigkeit D für solche Spiegel als Funktion der Wellenlängeil dargestellt. Bei einer Kantenwellenlänge Ae springt R von 1 auf 0 und D von 0 auf 1.
Beispiele solcher Spiegel sind Interferenzspiegel aus dünnen Schichten, welche mit guter Annäherung eine solche ideale Charakteristik haben.
Eine Überlagerung der Strahlenbündel kann in verschiedener Weise bewerkstelligt werden. Die einfachste Möglichkeit ist die, daß mittels eines spektral selektiv reflektierenden Spiegels ein virtuelles Bild einer Lichtquelle mit einer zweiten Lichtquelle anderer Emissionseigenschaften zur Deckung gebracht wird.
Eine solche Anordnung ist in Abb. 2 schematisch dargestellt.
Mit L1 ist die eine und mit L2 die andere Lichtquelle bezeichnet. L1 emittiert Strahlung im wesentlichen mit einer Wellenlänge A < Ae. L2 emittiert dagegen vorwiegend im Bereich A > Ak. Mit S ist ein spektral selektiv reflektierender Spiegel, beispielsweise ein Interferenzspiegel bezeichnet, der eine Charakteristik etwa nach Art der Abb. 1 hat, d. h. der für Wellenlängen A < Ae nahezu vollständig reflektierend, für Wellenlängen A > Ak nahezu vollständig durchlässig ist.
Die Strahlung der Lichtquelle L1 wird durch den geneigt angeordneten Spiegel S für Wellenlängen < in ein Instrument I reflektiert. Das ist der größte Teil der von L1 ausgehenden Strahlung. Geringere Strahlenanteile A > Ak gehen von der Lichtquelle L1 durch den Spiegel 8 hindurch und werden nicht wirksam. Für A < Ag ist der Spiegel reflektierend. Die in diesem Bereich von L2 emittierte Strahlung wird in Abb. 2 ebenfalls nach rechts reflektiert und kommt nicht zur Wirkung. Die von L2 im Bereich A > Ak emittierte Strahlung - und das ist der größte Teil der Strahlung, den die Strahlungsquelle L2 aussendet -geht gerade durch den Spiegel 8 hindurch ebenfalls zum Instrument. Der Spiegel 8 bringt das virtuelle Bild von L1 mit L2 zur Deckung. Das Instrument 1 kann beispielsweise ein Spektrophotometer, ein Polarimeter oder ein sonstiges Instrument sein, welches Strahlung aus einem möglichst breiten Wellenlängenbereich erfordert.
Die Wellenlänge Ak wird zweckmäßig so gewählt, daß ein gleichmäßiger Intensitätsverlauf ohne Sprünge gewährleistet ist. Oberhalb von Ak wird die Strahlung von L2, unterhalb davon die Strahlung von L1 ausgenutzt.
In analoger Weise könnte man natürlich noch weitere Lichtquellen in den Strahlengang einspiegeln.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Strahlungsquellenanordnung für optische Meßgeräte mit wenigstens zwei Strahlungsquellen, von denen die erste Strahlungsquelle im wesentlichen unterhalb der Wellenlänge Ak, die zweite Strahlungsquelle im wesentlichen oberhalb der Wellenlänge ik emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines an sich bekannten teildurchlässigen Spiegels, dessen Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge Ak von angenähert 1 auf angenähert 0 springt, ein virtuelles Bild der ersten Lichtquelle mit der zweiten Lichtquelle zur Deckung gebracht wird.
2. Strahlungsquellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein an sich bekannter Interferenzspiegel aus dünnen Schichten ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeiss-Druckschriften 5e-658-d, HZ VIII/56 PUo; 50-657/IV-d, HZIII/61 Too; USA. - Patentschriften Nr. 2 577 807, 2 374 475; Zeitschrift für Instr.kde, 68 (1960), S. 224 bis 235.