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Steueranordnung für Spektrometer Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Steuerung der Gitter bei Spektrometern.
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In ständig wachsendem Umfang werden bei Infrarotspektrometern ebene
Refiexionsgitter verwendet, die innerhalb eines bestimmten Spektralbereiches ein
erheblich höheres Auflösungsvermögen zeigen als mit Prismen ausgestattete Geräte.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aufzeichnung des gewünschten Spektrums bei einer in
Wellenlängen A oder in vielen Fällen auch in Wellenzahlen
linearen Teilung der Abszisse erfolgen kann.
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Es ist naheliegend, durch Verwendung einer Kurvenscheibe die Drehung
des Gitters in Abhängigkeit von der linear geteilten Abszisse einer Registriervorrichtung
erfolgen zu lassen. Der Nachteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß die Herstellung
der Kurvenscheiben einen ziemlichen Aufwand erfordert. Außerdem erfordert ihre Anpassung
an das jeweilige Gerät einen erhöhten Justieraufwand.
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Es hat daher nicht an Bemühungen gefehlt, diese Kurvenscheiben durch
andere Vorrichtungen zu ersetzen. So ist in der deutschen Auslegeschrift 1 088 249
eine Vorrichtung zum Drehen eines Beugungsgitters in einem Spektrometer vorbeschrieben,
bei der zur Vornahme der um eine Achse parallel zu den Gitterlinien ausführenden
Drehbewegungen ein am Gitter starr befestigter Hebel vorgesehen ist, der mit Verstellmitteln
zusammenwirkt und mit ihnen Berührung hat. Dabei weist der Teil des Hebelarmes,
der mit den Verstellmitteln direkte oder indirekte Berührung hat, einen kreisförmigen
Querschnitt auf. Die Anordnung ist so getroffen, daß in einer Ebene senkrecht zur
Drehachse des Gitters eine durch die Mitte des Kreisquerschnittes und die Drehachse
des Gitters gehende Gerade einen Winkel mit einer Geraden bildet, die in einer die
Gitterachse enthaltenden und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Teiles der Verstellmittel,
der in Berührung mit dem Hebelende ist, stehenden Ebene liegt. Dieser Winkel ist
gleich dem arithmetischen Mittel der Einfalls- und Beugungswinkel der auf das Gitter
fallenden Strahlen, so daß eine Verschiebung der Mitte des Kreisquerschnittes längs
einer Geraden parallel zur Projektion in die Bezugsebene der Bewegungsgeraden des
Teiles der Verstellmittel, der in Berührung mit dem Hebelende ist, proportional
der Längenänderung des Verstellgliedes ist, das für eine direkte Anzeige der Wellenlänge
eine gleichmäßige Teilung aufweist. Bei der Erklärung dieser Anordnung findet ein
rechtwinkeliges Dreieck Verwendung, dessen Hypotenuse vom am Gitter befestigten
Hebel gebildet ist. Bei Betätigung des Verstellmittels findet eine proportionale
Änderung des Sinus
| Gegenkathete |
| (= ) |
| Hypotenuse |
des genannten Winkels statt. Es entsprechen also die Sinuswerte dieses Winkels einer
linearen Teilung der Verstellmittel in Wellenlängen. Solche Anordnungen sind daher
unter der Bezeichnung »Sinus-Schraube« bekannt (vgl. Buch »Feinwerktechnik« von
Hör is c h, Herrnsdorf, 5. 201 unten).
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Es ist ferner durch die deutsche Patentschrift 1 078 345 ein Spektrometer
mit einem ebenen Linienbeugungsgitter bekannt, welches um eine Achse, die parallel
zu den Linien auf seiner Oberfläche ist, gedreht werden kann. Dem Gitter wird die
Bewegung durch einen mit demselben starr verbundenen Hebelarm erteilt, der durch
ein Bauelement betätigt wird, von dem ein Teil seines Umfanges mit einer geraden
Kante des Hebelarmes in Berührung steht, wobei die gerade Kante oder deren Verlängerung
durch die Drehachse des Beugungsgitters hindurchgeht und der Teil des Umfanges des
Betätigungselementes, welcher mit der erwähnten Kante in Berührung steht, kreisförmig
ist. Dieses Betätigungselement steht unter der Einwirkung einer Schraube oder eines
anderen, eine geradlinige Bewegung hervorrufenden Antriebsmittels und wird in einer
solchen Richtung bewegt, daß der Krümmungsmittelpunkt des kreisförmigen Teiles sich
in einer geraden Linie bewegt, die durch die Drehachse des Beugungsgitters hindurchgeht.
In dieser Patentschrift ist zur Erläuterung der beim Beschriebenen auftretenden
mathematischen Zusammenhänge zwischen den Strahleneinfallswinkeln und der Teilung
des Antriebsmittels ebenfalls ein rechtwinkliges Dreieck herangezogen und gezeigt,
daß bei der hier beschrie-
benen Gitter-Steueranordnung, da hier
die Gegenkathete konstant bleibt, das Verhältnis
| 1 Hypotenuse |
| (= ) |
| sin Gegenkathete |
eimer linearen Teilung des Weges des eine geradlinige Bewegung hervorrufenden Antriebsmittels
entspricht.
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Das heißt aber, daß eine solche Teilung den Wellenzahlen des auf das
Gitter fallenden Lichtes proportional ist.
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Auch wurde bereits ein Spektrometer mit einem ebenen, um eine parallel
zu dessen Linien verlaufende Achse drehbaren Refiexionsgitter vorgeschlagen, bei
dem das Gitter an einem Hebel mit steuerbarer, veränderlicher Länge befestigt ist,
der, drehbar gelagert, sich unter dem Zug einer Feder mit seinem einen kugelig ausgebildeten
Ende an einer geraden Leitfläche anlegt. Hier erfolgt die Aufzeichnung ebenfalls
linear nach Wellenzahlen. Durch Parallelversatz der Leitfläche läßt sich eine Änderung
des Abbildungsmaßstabes leicht erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
die im Gegensatz zu Bekanntem die Drehung des Gitters des Spektrometers wahlweise
linear entsprechend den Wellenlängen oder den Wellenzahlen der auftreffenden Strahlung
gestattet, ohne daß ein tiefgreifender Umbau der Anordnung notwendig wäre, und die
einfach im Aufbau ist.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine Anordnung zur Steuerung der
Gitter bei Spektrometern, die sich durch die Vereinigung folgender Merkmale auszeichnet:
a) es sind drei vorzugsweise länglich ausgebildete Elemente vorhanden, die mit ihren
durch die gegenseitigen Verbindungspunkte definierten Linien sowohl in den eine
Anzeige in Wellenlängen bewirkenden Arbeitsstellungen als auch in den eine eine
Anzeige in Wellenzahlen bewirkenden Arbeitsstellungen zusammen jeweils ein rechtwinkliges
Dreieck bilden; b) zwei der Elemente sind drehbar miteinander verbunden, wobei das
eine dieser Elemente das zu verschwenkende Gitter des Spektrometers trägt bzw. mit
ihm verbunden ist, das andere dieser Elemente in Arbeitsstellung ortsfest gelagert
ist und mit einer die Verschwenkung des Gitters steuernden Antriebsvorrichtung in
Verbindung steht; c) das dritte Element ist mit den beiden Elementen verschieblich
und verschwenkbar verbunden; d) es sind an sich bekannte Koppelvorrichtungen für
die länglich ausgebildeten Elemente vorhanden, welche es gestatten, den rechten
Winkel des Dreiecks wahlweise zwischen eines der unter b) genannten Elemente und
das dritte Element zu legen.
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Dabei können die beiden erstgenannten Elemente als Führungsstangen
ausgebildet sein, auf denen die Haltevorrichtungen für das dritte Element gleitend
gelagert sind. Vorzugsweise ist dieses dritte Element bei Lage des rechten Winkels
am mit dem Gitter in Verbindung stehenden Element in seiner wirksamen Länge einstellbar,
womit sich eine Maßstabsänderung erzielen läßt. Es kann zum Zwecke der Verlagerung
des
Arbeitsbereiches innerhalb des Spektrallmienbandes die Relativlage des in Arbeitsstellung
ortsfest gelagerten Elementes durch Schwenkung um die gemeinsame Drehachse einstellbar
sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend an Hand einer Zeichnung beispielsweise
beschrieben.
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Auf einer Grundplatte 10 sind mittels zweier um einen Bolzen 11 schwenkbarer
Haltestücke 12, 13 zwei Führungsstangen 14> 15 gelagert, von denen die eine,
die an ihren beiden Enden in entsprechenden Schlitzen geführte Umlenkrollen 16,
17 für einen Seilzug 18 aufweist, nahe ihrem anderen Ende mit einem weiteren Haltestück
19 verbunden ist. Dieses steht über zwei durch einen Schlitz 20 der Platte 10 greifende
Schrauben 21, 22 mit einer Gegendruckplatte 23 in Verbindung und kann an verschiedenen
Stellen des Schlitzes 20 festgeklemmt werden.
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An den beiden Führungsstangen 14, 15 sind mittels Kugelbuchsen 24,
25 zwei Gleitkörper 26, 27 gelagert, die miteinander durch eine mit mehreren Bohrungen
versehene Lasche 28 verbunden sind. Im Gleitkörper 27 ist die Lasche in einem durch
Abstandsstücke 40 definierten Zwischenraum geführt.
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In diesem Zwischenraum befindet sich weiterhin eine mittels eines
Bolzens 42 befestigte Rolle 41, deren Drehachse die Mittelachse der Führungsstange
15 schneidet. Der Körper 27 läßt sich mittels einer Schraube 45 auf der Stange 15
festklemmen und besitzt außerdem zwei Bohrungen 43, deren gegenseitiger Abstand
dem der Löcher in der Lasche 28 entspricht und die so angeordnet sind, daß nach
Einfügen von steckbaren, in die Löcher der Lasche eingreifenden Stiften 31 die Lasche
und die Führungsstange 15 zusammen einen rechten Winkel einschließen (wie dies in
der Zeichnung dargestellt ist).
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Eine Feder 44 ist zwischen die Stange 15 und das Haltestück 19 gespannt.
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Der Gleitkörper 26 ist mehrteilig ausgeführt, wobei das Ober- und
das Unterteil mittels Schrauben 32 sowie Distanzstücken 33 miteinander verbunden
sind, derart, daß zwischen ihnen eine Lücke vorhanden ist, durch die die Lasche
28 greift. Im Gleitkörper 26 sind Bohrungen 34, 35 vorhanden, die in ihren Abständen
denen der Löcher in der Lasche 28 entsprechen. In die Aussparung 35 ist ein Stift
36 eingeführt, der als Drehachse zwischen den Bauteilen 28 und 26 fungiert. Durch
Herausziehen dieses Stiftes läßt sich bei gleichbleibender Zuordnung auf den Führungsstangen
der Abstand zwischen den beiden Bauteilen 26 und 27 variieren. Soll der rechte Winkel
des aus den Teilen 14, 15, 28 gebildeten Dreiecks an die Führungsstange 14 verlegt
werden, so werden nach dem Anziehen der Schrauben 45 die Stifte 31 aus den Bohrungen
43 entfernt und einer von ihnen in die Bohrung 34 und das entsprechende Loch der
Lasche 28 eingefügt. Die Lasche gleitet jetzt an der Rolle 41 im Gleitkörper 27.
Am Bauteil 13 ist in bekannter Weise das (hier nur angedeutete) Gitter 36 befestigt.
Der Seilzug 18 ist am Bauteil 26 befestigt und durch eine Bohrung im Bauteil 12
hindurchgeführt. Er gestattet bei seiner Betätigung die Bewegung des Bauteiles 26
längs der Stange 14, die wiederum die Drehung des Bauteiles 15 und damit des Gitters
bewirkt.
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In der dargestellten Form, bei der der rechte Winkel zwischen den
Bauteilen 15 und 28 liegt und letzteres in seiner Länge konstant gehalten wird,
ergibt sich bei Betätigen des Seilzugs für die dem Bauteil
14 zugeordnete
Seite des Dreiecks eine Längenänderung proportional 5 í, wobei o' der von den Bauteilen
14 und 15 eingeschlossene Winkel ist, und damit ein linearer Zusammenhang zwischen
dem Antrieb und der Wellenzahl der vom Gitter gebeugten Lichtwellen. Durch Entfernen
der Stifte 31 aus den Bohrungen 43 (nach erfolgtem Anziehen der Schraube 45) und
Einfügen des einen von ihnen in die Bohrung 34 ergibt sich sodann ein linearer Zusammenhang
zwischen dem Antrieb und der Wellenlänge, wobei nunmehr die dem Bauteil 15 zugeordnete
Dreieckseite konstant gehalten wird, während die dem Bauteil 28 zugeordnete Dreieckseite
eine variable Länge aufweist. Soll eine Maßstabsänderung vorgenommen werden, so
wird auch der Stift 36 gezogen und die Lasche um entsprechende Strecken verschoben,
um dann wieder mittels des oder der Stifte angekoppelt zu werden. Durch Lösen der
Schrauben 21, 22 und Verschieben des Bauteils 19 längs der Schlitzes 20 lassen sich
andere Bereiche des Spektrums erfassen, d. h., es lassen sich proportionale Verstellungen
in verschiedenen Gitteranordnungen durchführen.
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An Stelle der als Beispiel dargestellten Ausführungsform sind selbstverständlich
auch andere denk-und ausführbar. So kann beispielsweise die Führungsstange 14 als
Spindel ausgeführt sein, die in den Bauteilen 12, 19 drehbar gelagert ist und auf
welcher der dann mit einem entsprechenden Gewinde versehene Gleitkörper 26 geführt
wird. Auch eine Ausführung in Form einer Zahnstange mit entsprechendem Gegenstück
ist möglich.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel läßt sich vorteilhafterweise
auch dadurch ergänzen, daß man die den Aussparungen 43, 34 zugeordneten Stifte derart
miteinander verkoppelt (mechanisch oder elektrisch), daß eine Drucktastenbetätigung
für die Umschaltung möglich ist. Auch ist die Verriegelung der Lasche 28 an den
Bauteilen 26, 27 mittels Hebeln, Rastklinken usw. möglich, die eine einfache Umschaltung
durch Fernbetätigung zulassen.