DE2238662A1 - FOCUSING PROCEDURE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION - Google Patents
FOCUSING PROCEDURE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATIONInfo
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
DR.-!NG. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DRYING. TH. MEYER DR. FÜES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL-ING. SELTINGDR .-! NG. BY KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DRYING. TH. MEYER DR. FÜES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL-ING. SELTING
KÖLN 1, DEICHMANNHAUSCOLOGNE 1, DEICHMANNHAUS
4. August 1972 Sg/rcy IsAugust 4, 1972 Sg / rcy Is
AGENCE DE VALOISATION DE LA RECHERCHE (ANVAR), Tour Aurore Courbevoie (Hauts-de-Seine) FrankreichAGENCE DE VALOISATION DE LA RECHERCHE (ANVAR), Tour Aurore Courbevoie (Hauts-de-Seine) France
Fokussierverfahren und Vorrichtung zu seiner DurchführungFocusing method and device for his execution
Die Erfindung bezieht sich auf die Fokussierung durch Drehung von konkaven Gittern. Sie betrifft auch die Anwendung solcher Fokussierung, insbesondere bei Monochromator en.The invention relates to focusing by rotating concave gratings. It also affects them Use of such focusing, especially with monochromators en.
Man weiß, wie ein sphärisches, konkaves Beugungsgitter funktioniert, das durch Reflektion für die Brechung der verschiedenen Strahlungen arbeitet, die ein polychromatisches Licht bilden. Die Bilder der Quelle S (Fig.l), die in einem Abstand r gelegen ist, welche in den verschiedenen Richtungen ß. gebrochen werden, werden in Abständen r' vom Scheitel des Gitters gebündelt, welche abhängig sind von der Wellenlänge X *; in Fig. 1 ist die Ebene, die an den Scheitel des Gitters angrenzt-gekennzeichnet durch den Krümmungsradius R, die Strichanzahl N pro mm, ciie gestrichelte Breite to' und die gestrichelte Höhe L - vertikal, und die otrich-richtung stellt die Ortsvertikale dar. Die Drehachse des Gitters ist eine ■ Achse, welche parallel zur Ortsvertikalen verläuft undWe know how a spherical, concave diffraction grating works, which works by reflection to refract the various radiations that form a polychromatic light. The images of the source S (Fig.l), which is located at a distance r, which in the different directions ß. are refracted, are bundled at distances r 'from the vertex of the grating, which are dependent on the wavelength X *; In Fig. 1, the plane adjoining the apex of the lattice - characterized by the radius of curvature R, the number of lines N per mm, the dashed width to 'and the dashed height L - is vertical, and the otrich direction represents the local vertical The axis of rotation of the grid is an axis that runs parallel to the local vertical and
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durch den Scheitel geht. Man weiß, daß ein Monochromator, der die Auswahl einer gegebenen Wellenlänge gestattet, dadurch realisiert werden kann, daß man bei S einen Spalt vorsieht, der parallel zu den Strichen ■ des Gitters verläuft, den sogenannten Eingangsspalt, und indem man bei S1, einen Spalt parallel zur Richtung der astigmatischen, tangentialen Brennweiten anbringt, den sogenannten Ausgangsspalt. Im -allgemeiner! befindet sich die Mitte des Eingangsspaltes in der horizontalen Ebene, die die Senkrechte zum Gitter enthält, und der Ausgangsspalt verläuft dann parallel zu den Strichen des Gitters. Ein Fokkusierungsmechanismus verursacht im allgemeinen:goes through the crown of the head. It is known that a monochromator, which allows selection of a given wavelength can be realized by providing for a gap at S, which runs parallel to the bars ■ the grating, the so-called entrance slit, and by, at S 1 a Slit parallel to the direction of the astigmatic, tangential focal lengths attaches, the so-called exit slit. Im -general! the center of the entrance slit is in the horizontal plane that contains the perpendicular to the grid, and the exit slit then runs parallel to the lines of the grid. A focus mechanism generally causes:
- entweder die Verschiebung eines Empfängers (In diesem Fall sind die Veränderungen der Richtung des Ausgangsblindels wichtig )t - either the displacement of a receiver (in this case, the changes in the direction of the exit blind are important ) t
- oder die Drehung und gleichzeitige Verschiebung des Gitters, die auch Veränderungen der Richtung des Ausgangsbündels bewirken, welche besonders im Fall eines Gitters mit geringem Krümmungsradius, welcher im allgemeinen eine interessierende öffnung zeigt, von Bedeutung sind.- or the rotation and simultaneous displacement of the Grids that also cause changes in the direction of the output beam, which is particularly the case in the case of a grating with a small radius of curvature, which generally shows an opening of interest, are of importance.
Es wurde erkannt, daß, um einen Monochromator nützlich einsetzen zu können, eine gewisse Festigkeit der entsprechenden Richtungen der einfallenden und ausfallenden Strahlen nötig war. Wenn man außerdem aus GrUnden der Gestehungskosten sich vornimmt, nur eine einfache Gitterdrehung durchzuführen, dann zeigt die klassische Theorie, daß nur eine Verschiebung des Ausgangsspaltes die Erzielung einer guten Fokussierung bewirkt. In diesem Fall werden die engen Verschiebungstoleranzen desIt has been recognized that in order to be able to use a monochromator useful, a certain strength of the corresponding Directions of the incoming and outgoing rays was necessary. If you also for reasons the prime cost undertakes to only perform a simple rotation of the grid, then the classic one shows Theory that only moving the exit slit will achieve good focus. In this Case, the tight displacement tolerances of the
■■ ■ . ' -' 5 -■■ ■. '-' 5 -
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Gitters ersetzt durch diejenigen der Verschiebung eines der Spalte.Grid replaced by those of shifting one of the columns.
Von den Versuchen, die über die Fokussierung von konka-• ven Gittern durchgeführt wurden, haben diejenigen vonFrom the attempts made about the focusing of concave • ven grids have been carried out, those of
SEYA gezeigt, daß man mit einem Wert von 7Q0JJO'für den Winkel 2 Θ, unter dem man vom Gitterscheitel die beiden Spalte sieht, eine stationäre Lösung für die Werte von r und r' gleich R cos θ erhält. Der entsprechende Aufbau (Fig. 2),. sofern er den genannten mechanischen Be-. dingungen entspricht, bietet keine zufriedenstellenden optischen Qualitäten. Es ergibt sich eine geringe Auflösung und eine geringe Helligkeit, und da die Einfallswinkel < und Brechungswinkel ß erhöht sind, ergibt sich außerdem ein starker Polarisationsgrad und ein erhöhter Astigmatismus. Dieses Ergebnis, .das' von den theoretischen Berechnungen von NAMIOKA bestätigt wurde, zeigt also, daß,wenn man ein konkaves Gitter fokussieren konnte," indem man dem genannten Gitter nur eine Drehung mitteilt, diese Möglichkeit unvollkommen war und, wie zahlreiche Versuche erwiesen, mit einem sehr genauen Wert des-Winkels θ verbunden:'jede Änderung des genannten Wertes 2Θ bewirkt im allgemeinen eine .wesentliche Verschlechterung der Auflösung, die von bestimmten Autoren aus besonderen Gründen toleriert worden ist.SEYA has shown that with a value of 7Q 0 JJO 'for the angle 2 Θ under which you can see the two slits from the vertex of the grid, you get a stationary solution for the values of r and r' equal to R cos θ. The corresponding structure (Fig. 2). provided that he meets the mentioned mechanical loading. conditions, does not offer satisfactory optical qualities. The result is a low resolution and a low brightness, and since the angles of incidence and angles of refraction β are increased, there is also a strong degree of polarization and an increased astigmatism. This result, "confirmed" by the theoretical calculations of NAMIOKA, shows that if one could focus a concave grating "by imparting only one rotation to the grating mentioned, this possibility was imperfect and, as numerous experiments have shown, associated with a very precise value of the angle θ: 'every change in the stated value 2Θ generally causes a substantial deterioration in the resolution, which has been tolerated by certain authors for special reasons.
Bei geringen Werten 2Θ wurde eine gewisse Verbesserung der Bildqualität zu Lasten einer Verschiebung des Ausgangsspaltes in Gitterrichtung erzielt, die Größe dieser Verschiebung ist dabei abhängig von dem Wert der Wellenlänge. Bei den bekannten Aufbauten berücksichtigt man die Aberrationen-nicht, und man übersieht also die wichtige.Tatsache, daß eine vernünftige Wahl der Bezugs-At low values of 2Θ there was some improvement the image quality achieved at the expense of a shift of the output slit in the grid direction, the size of this The shift is dependent on the value of the wavelength. Considered in the known structures you don't see the aberrations, and so you overlook them important fact that a reasonable choice of reference
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Sphäre, d.h. der Lage des Ausgangsspaltes, eine Kompen sation der Aberrationen und eine Vergrößerung der tole rierbaren Strichfläche gestatten kann.Sphere, i.e. the position of the initial gap, a compensation sation of the aberrations and an increase in the tolerable line area can allow.
Es ergab sich also die Suche nach einer allgemeinen Lösung, die so einfach wie möglich sein sollte, unJ. zwar angesichts der zahlreichen praktisch möglichen industriellen Anwendungsmöglichkeiten der Fokussierung eines sphärischen, konkaven Gitters: im Fall eines solcher. Gitters gestattet das Prinzip von Fermat, der die Tatsache, daß der optische Gesamtwert L in Bezug auf w feststehend sein muß. Überträgt, die Bestimmung der Bedingungen, unter denen &L ^So the search for a general solution, which should be as simple as possible, arose. in view of the numerous practical industrial applications of focusing a spherical, concave grating: in the case of such. Grating allows for Fermat's principle, which allows for the fact that the total optical value L must be fixed with respect to w. Submits the determination of the conditions under which & L ^
ist, die sich im wesentlichen durch die Summe der beiden F
drücken.which is essentially the sum of the two F
to press.
beiden Funktionen S5 und S« t wie S. + S2 » 0 aus-both functions S 5 and S « t as S. + S 2 » 0
In allgemeinen stellt man fest, daß S1 = 0 ist, was dazu führt, zu schreiben, daß die Grundgleichung der Fokussierung T + T' = 0, wobei T und T1 Jeweils die Gleichung der Tangentialbrennweite des Objektes und diejenige der Tantialbrennweite des Bildes darstellt. Der Ausdruck So» der die Aberrationen darstellt, wird also minimumisiert. Der Erfinder war zunächst der Meinung, daß der Ausdruck S2 für eine BezugsSphäre, die in geeigneter Weise gewählt wird, lauten könnteIn general, it is found that S 1 = 0, which leads to writing that the basic equation of focusing T + T '= 0, where T and T 1 are the equation of the tangential focal length of the object and that of the tantial focal length of the image represents. The term so that represents the aberrations is thus minimized. The inventor was initially of the opinion that the expression S 2 could be for a reference sphere which is chosen in a suitable manner
S2 = C1W + 1/2 C2 w2 +S,S 2 = C 1 W + 1/2 C 2 w 2 + S,
2
wobei C1W und C2W die Verschiebung der Bezugssphäre
darstellen und S-. kleiner ist als S2. Dann hatte der
Erfinduner die Idee, die der Erfindung zugrundeliegt,2
where C 1 W and C 2 W represent the displacement of the reference sphere and S-. is smaller than S 2 . Then the inventor had the idea on which the invention is based,
309843/0768 "5~.309843/0768 " 5 ~.
nämlich die Grundgleichung für die Fokussierung in der Formnamely the basic equation for focusing in the form
T + T1 = 6 T + T 1 = 6
unter Bindung an C-, und Cp zu schreiben, wobei E , das von den Toleranzen bei den Aberrationen des Bildes auf einer gegebenen Linie durch ein konkaves Gitter mit rechtwinkliger PupiHerabhängt, fest ist. Mit anderen Worten, der Erfinder hat ein Fokussierungsgesetz ;unter Berücksichtigung der Aberrationen ausgedrückt, das es ihm erlaubt, eine gute Fokussierung durch einfache Drehung des Gitters und mit feinen Spalten zu erhalten.tied to C-, and Cp, where E , which depends on the tolerances in the aberrations of the image on a given line through a concave grating with a right-angled pupil, is fixed. In other words, the inventor has a law of focus ; expressed taking into account the aberrations that allows him to obtain good focus simply by rotating the grating and with fine gaps.
Dieses Ergebnis kann die ursprüngliche Gleichung T + T' = 0 (Gleichung erster Ordnung) nicht liefern.The original equation T + T '= 0 (first-order equation) cannot deliver this result.
In ganz allgemeiner Form betrifft die Erfindung also ein Fokussierungsverfahren von sphärischen, konkaven Beugungsgittern, bei dem mit Dispersion der verschiedenen Strahlungen gearbeitet wird, welche ein polychromatisches Licht bilden, mit Reflektion. Bei diesem Verfahren verwendet man einen Eingangs- und einen Ausgangsspalt, welche fest sind, und man teilt dem Gitter nur eine bestimmte Drehung mit, Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das Gitter derart gedreht wird, daß die Strahlungen in der Ebene des Ausgangsspaltes laufen,und daß bei einer bestimmten Wellenlänge in einer bestimmten Richtung für eine bestimmte gestrichelte Breite eines bestimmten Netzes und eine bestimmte Auflösung die Summe der Gleichungen der Tangentlalbrennweiten von Objekt und Bild einen Wert hat, der von Null verschieden und sich in Abhängigkeit von den Aberrationen bestimmt, welche entsprechend einer recht-In a very general form, the invention thus relates to a method of focusing spherical, concave Diffraction grating that works with dispersion of the various radiations, which is a polychromatic one Form light, with reflection. This method uses an entrance and an exit slit, which are fixed, and the grid is only given a certain rotation. The procedure is marked by the fact that the grating is rotated so that the radiations are in the plane of the exit slit run, and that at a certain wavelength in a certain direction for a certain dashed width of a certain network and a certain resolution is the sum of the equations of the tangential focal lengths of object and image has a value that is different from zero and depends on the Determines aberrations, which according to a right
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winkligen Pupille von einem Konkavgitter geliefert werden. Das genannte Fokussierungsverfahren kann durch einen optischen Aufbau realisiert werden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die optischen Parameter derart sind, daß die Veränderungen des Bildabstandes, die mit der Gleichung erster Ordnung T + T' = 0 verbunden sind, ausgeglichen werden durch den Einstellungsfehler, der als Ausgleich für die Abweichungen (Ausdruck zweiter Ordnung) vorgesehen werden muß.angled pupil can be supplied by a concave grating. Said focusing method can by an optical structure can be realized, which is characterized in that the optical parameters such are that the changes in the image distance associated with the first order equation T + T '= 0, be compensated for by the setting error, the must be provided as compensation for the deviations (expression of the second order).
Durch seinen Vorschlag nahm der Erfinder also· an·- was die Berechnungen und die Erfahrung bestätigt haben - daß dieser Ausdruck des Fokussierungsproblems sehr wesentlich das Gebiet der praktischen Anwendungsbereiche der Fokussierung der konkaven Gitter erleichtern würde, wobei u.a. die Auflösung und Helligkeit wesentlich verbessert werden und gleichzeitig der Gestehungspreis der Spektrometer, die immer mehr in der Industrie und in Labors verwendet werden, um monochromatisches Strahlungen in einer streng festen Richtung zu liefern, wobei das einfallende Bündel selbst auch fest ist (Monochromator), herabgesetzt wird.With his suggestion, the inventor accepted which calculations and experience have confirmed - that this expression of the focusing problem greatly facilitate the field of practical applications of focusing the concave gratings would, whereby among other things the resolution and brightness are significantly improved and at the same time the cost price the spectrometers, which are used more and more in industry and in laboratories, to detect monochromatic radiations to deliver in a strictly fixed direction, whereby the incident beam itself is also fixed (monochromator), is reduced.
Im Rahmen der neuen Form der allgemeinen Fokussierungsgleichung hat man nachstehend die verschiedenen Bedingungen entwickelt, die so weit wie möglich realisiert werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.As part of the new form of the general focusing equation the various conditions have been developed below, which are realized as far as possible need to be in order to achieve the desired result.
a) Man weiß, daß Jedes Spektrometer durch sein praktisches Auflösungsvermögen und seine Helligkeit gekennzeichnet werden kann.a) It is known that every spectrometer is characterized by its practical resolution and its brightness can be.
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Das theoretische Auflösungsvermögen, das durch die Brechung gegeben ist, ist gleich K N W,.wobei K die BrechungsOrdnung und W die gestrichelte Breite darstellt. Dieses Auflösungsvermögen ist in der Tat begrenzt, denn wenn W wächst, wachen die Aberrationen, und man muß eine Toleranz bestimmen, die an die Änderungen des Bildflecks gebunden ist. Das optimale Auflösungsvermögen ist also gleich K N Wo. Man bestimmt im allgemeinen auch ein praktisches Auflösungsvermögen R das von der Breite f oder f' der verwendeten SpalteThe theoretical resolving power that the Refraction is given is equal to K N W, where K is the order of refraction and W is the dashed width. This resolving power is in fact limited, because as W grows, the aberrations grow, and one must determine a tolerance which is tied to the changes in the image spot. The optimal one The resolving power is therefore equal to K N Wo. A practical resolving power is also generally determined R that of the width f or f 'of the column used
P . . ' r'KKi abhängt und ausgedrückt wird durch _ . _ ,P. . 'r'KKi depends and is expressed by _. _ ,
p f' *cos ß p f '* cos ß
Bei geringfügigen Aberrationen ergibt sich die praktische Grenze des Auflösungsvermögens durch R = 0,8 K NW , wobei der Wert WQ von W nach dem Kriterium von STREHL berechnet wird. In der geometrischen.Hypothese (starke Aberrationen) ergibt ein Gütefaktor für jeden Wert des Paares W, L eine Grenzauflösung (sj,) * und somit die praktische Grenzauflösungskraft R = /f/^SA).In the case of minor aberrations, the practical limit of the resolving power is given by R = 0.8 K NW, the value W Q of W being calculated according to STREHL's criterion. In the geometric hypothesis (strong aberrations), a quality factor for each value of the pair W, L results in a limit resolution (sj,) * and thus the practical limit resolution force R = / f / ^ SA).
Die Lichtstärke £ ist gleich dem Fluß, der bei Verwendung einer Einheitslichtquelle, welche in die Ebene des Eingangsspaltes gestellt wird, austritt. Lichtstärke und Auflösung sind nicht zwei unabhängige Größen, denn das Produkt s£ R ist proportional zu NW LThe luminous intensity £ is equal to the flux that occurs when using a standard light source, which is placed in the plane of the entrance slit, exits. Light intensity and resolution are not two independent quantities, because the product s £ R is proportional to NW L
R j> R j>
da die Helligkeit X (geometrische Hypothese) proportionalsince the brightness X (geometric hypothesis) is proportional
ist " .is " .
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b) Man weiß, daß man, um die Gleichung T + T1 *= O zu lösen, besondere mathematische Lösungen betrachten kann, was der bekannten mechanischen Lösung des Kreises von Rowland oder des Aufbaus von V/adsworth entspricht, d.h. die genannte Gleichung und ihre drei partiellen Ableitungen sind annähernd Null, was dem Aufbau Seya-Namioka entspricht. Im letztgenannten Fall haben die Autoren gezeigt, daß nur ein einziger möglicher Wert (7O°3Of) des Winkels 2 θ existiert, unter dem man vom Gitterscheitel aus die beiden Spalte sieht,und für den Bildstand und Objektabstand gleich R cos θ sind.b) It is known that, in order to solve the equation T + T 1 * = O, one can consider special mathematical solutions, which corresponds to the known mechanical solution of Rowland's circle or the structure of V / adsworth, ie the equation and above its three partial derivatives are almost zero, which corresponds to the structure of Seya-Namioka. In the latter case, the authors have shown that there is only one possible value (70 ° 3O f ) of the angle 2 θ at which the two gaps can be seen from the top of the grid, and that R cos θ for the image position and object distance are equal to.
c) Was nun die Aberrationen betrifft, so kann man die Vergrößerung des Bildpunktes (und damit den Verlust an Auflösung) abhängig von der Amplitude der Aberrationenc) As far as the aberrations are concerned, one can see the enlargement of the image point (and thus the loss of Resolution) depending on the amplitude of the aberrations
berechnen. Diese Berechnung erfolgt mit Hilfe des Kriteriums von STREKL oder durch Untersuchung eines Gütefaktors, der den Weg der Lichtstrahlen, die in dem gewichteten.(bewerteten) Bild gelegen sind, durch Intensitätsverteilung kennzeichnet. Man betrachtet dabei generell lediglich, daß der Gütefaktor Q wie folgt definiert ist (1):to calculate. This calculation is carried out using the STREKL criterion or by examining a Figure of merit that determines the path of the light rays entering the weighted. (weighted) image are characterized by intensity distribution. One looks at it generally only that the quality factor Q is defined as follows (1):
J -W/2J -W / 2
Wenn A (w,Z ) den abweichenden optischen Weg und C.w und C2 w2 eine Verschiebung der Bezugssphäre kennzeichnen, istIf A (w, Z ) denotes the deviating optical path and Cw and C 2 w2 denote a shift in the reference sphere, is
Δ' (w,£) gegeben durchΔ '(w, £) given by
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Die Minimisierung des ersten Gliedes von Gleichung 1 ergibt die Werte C, und C2 abhängig von den abweichenden Koeffizienten. Man errechnet hieraus Q und damit die Lichtstärke £ .The minimization of the first term of equation 1 results in the values C 1 and C 2 depending on the deviating coefficients. From this one calculates Q and thus the luminous intensity £ .
d) Die Fig. 3 (3a bis 3d), die verschiedene asymmetri-, sehe Fokussierungsaufbauten mit einfacher Drehung des Konkavgitters darstellen, geben die Werte der Einfalls- und Ausfallswinkel *C und ß an. Wenn man den Abstand des Bildes für ein gegebenes Spektralgebiet stationär macht, kann man schreiben, daß die Abweichungen, die durch die "Gleichung erster Ordnung" vorgegeben sind, gleich denen sind, die man durchführen muß, um die Aberrationen zu kompensieren. Gemäß der Erfindung leitet man diese erste Abweichung von dem Gütefaktor ab, der auch ausdrückt, daß die Aberrationen bei einer Verschiebung der Bezugssphäre in Bezug auf die Anfangsbedingungen der genannten Gleichung erster Ordnung kompensiert werden, daß also die verallgemeinerte Fokussierungsgleichung (T + T1 = £ ) ausreichend ist, wobei die abweichenden Größen in die-d) FIGS. 3 (3a to 3d), which show various asymmetrical, see focusing structures with a simple rotation of the concave grating, indicate the values of the angles of incidence and angles of reflection * C and β. If one makes the distance of the image stationary for a given spectral region, one can write that the deviations given by the "first order equation" are equal to those that one must perform to compensate for the aberrations. According to the invention, this first deviation is derived from the quality factor, which also expresses that the aberrations are compensated for when the reference sphere is shifted with respect to the initial conditions of said first-order equation, that is, the generalized focusing equation (T + T 1 = £ ) is sufficient, whereby the deviating sizes in these
sem Fall gleich C, w + Cp w sind. Unter solchen Bedingungen ergibt sich die grundlegende Fokussierungsgleichung einer Vorrichtung mit einfacher Drehung zu:in this case are equal to C, w + Cp w. Under such conditions The basic focusing equation of a device with simple rotation results in:
I + cos ß + R -*£ = (C1, + C,I + cos ß + R - * £ = (C 1 , + C,
Ό4.) + 4.(C22 + 2 Cä) %?~ 7 (2), wenn r = Re und r1 = Re f,Ό4.) + 4. (C 22 + 2 C ä )% ? ~ 7 (2), if r = Re and r 1 = Re f ,
und wenn CQ^, C^, C22 die Aberrationskoeffizienten 4.Ordnung sind und ?- _o . In der "Gleichung erster Ordnung"and if C Q ^, C ^, C 22 are the 4th order aberration coefficients and? - _o. In the "first order equation"
Wo ,Where ,
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wäre das zweite Glied gleich cos «c + cos ß.the second term would be equal to cos «c + cos ß.
Für jeden Wert der Wellenlänge X , d.h. von f oder von oi und ß kann man die Aberrationskoeffizienten für einen gegebenen Wert e, und e', von e und e1 berechnen.For each value of the wavelength X, ie of f or of oi and β, one can calculate the aberration coefficients for a given value e, and e ', of e and e 1 .
Jedem Wert von V/ und von 9 entspricht ein V/ert von < wie:Each value of V / and of 9 corresponds to a V / ert of <like:
Λ T75 ((C04 + C4>2 + ^^22 + 2 <V2 ?2+U Λ T75 ( (C 04 + C 4> 2 + ^^ 22 + 2 <V 2 ? 2 + U
[C4 (C22 + 2 c4) + £ (C22 + 2 C4)2Jj4 + έ cIf6J[C 4 (C 22 + 2 c 4 ) + £ (C 22 + 2 C 4 ) 2 Jj 4 + έ c If 6 J ^42^^ 4 2 ^
cos ß
cos ß
wobei C0-, ein Abweichungskoeffizient dritter Ordnung ist. Die beiden Gleichungen (2) und(3) erlauben es also, alle optischen Parameter, die einen gegebenen Aufbau kennzeichnen, zu bestimmen.where C 0 -, is a third order coefficient of deviation. The two equations (2) and (3) thus make it possible to determine all optical parameters that characterize a given structure.
Ausgehend von diesen Resultaten, die die Berechtigung des der Erfindung zugrundeliegenden Vorschlages darlegen, muß die praktische Durchführung des entsprechenden Verfahrens die Darstellung eines durchlaufenden Bandes ΔA , das so schmal wie möglich ist, in einer gegebenen Richtung ermöglichen, da die Richtung des einfallenden Bündels sowie die Position der Schlitze fest ist. Sie muß insbesondere die Bedingung (2) erfüllen, die in folgende Form gebracht werden kannOn the basis of these results, which demonstrate the justification of the proposal on which the invention is based, the practical implementation of the corresponding procedure must be the representation of a continuous band ΔA, which is as narrow as possible, allow in a given direction given the direction of the incident beam and the position of the slots is fixed. In particular, it must satisfy the condition (2) included in the following Form can be brought
cosffL + cos2ß . η ( /I ).cosffL + cos 2 ß. η (/ I).
e ■ ee ■ e
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Diese Gleichung kann im allgemeinen durch Iteration gelöst werden, da H (A ) vom Wert der Parameter e und e' abhängt. Für jeden Wert e und e1 von e und e1 kann man die Koeffizienten Ci j und daher 4>h A)" und Hn (A ) berechnen.This equation can generally be solved by iteration, since H (A) depends on the value of the parameters e and e '. For each value e and e 1 of e and e 1 the coefficients Ci j and therefore 4> h A) "and H n (A) can be calculated.
Es nuß also nachgeprüft werden, daß e1 , das durch die Bezeichnung:It must therefore be checked that e 1 , which is indicated by the designation:
en KA ) = «es β ι nn v/l ; —— J (p.) e n KA) = «es β ι n n v / l; —— J (p.)
u u «=n \ji uu «= n \ ji
bestimmt wird, gleich dem Wert e1 ist, der für die Berechnung H (X ) gewählt wurde. Andernfalls, würde das bedeuten, daß der gewählte Wert e1 3 d.h. die Lage des Ausgangsschlitzes, nicht für alle Wellenlängen ces gewählten Spektralbereiches gültig ist.is determined is equal to the value e 1 chosen for the calculation H (X). Otherwise, this would mean that the selected value e 1 3, ie the position of the exit slit, is not valid for all wavelengths ces the selected spectral range.
Wenn e' (X) sehr verschieden ist, muß das Iterationsverfahren weitergeführt werden, wobei man als neue an-If e ' (X) is very different, the iteration process must be continued, whereby the new
. genäherte Werte von e und e1 die aus Gleichung (5) ermittelten Werte für 2 besondere Werte A ι und A f eingesetzt.. approximate values of e and e 1 the values determined from equation (5) for 2 particular values A ι and A f are used.
Γ 2 , 2 , cos2" en + L cos Γ 2, 2, cos 2 " e n + L cos
cos'ß.cos'ß.
2,
cos J2,
cos J
cos2!cos 2 !
e'n + 1. ^[COS2BF-COS2B1 ™% * F J fe ' n + 1. ^ [COS 2 BF-COS 2 B 1 ™% * F J f
(6)(6)
- 12- 12
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An dieser Stelle wird man feststellen, daß ein zu behaltender Anfangswert für e und e' der Wert e s= e' cos θ ist, der durch die klassische Theorie ( T + T' =0) gegeben ist, und daß man die Berechnung 2 0= 70°30' durchführen muß, ehe man an die Berechnung der anderen Werte von θ geht.At this point it will be noted that an initial value to be retained for e and e 'is the value e s = e 'cos θ is that by classical theory (T + T '= 0) is given, and that the calculation 2 0 = 70 ° 30' must be carried out before the Calculating the other values of θ goes.
Wenn die Differenzen e - e . und e' - e' . unterIf the differences e - e. and e '- e'. under
_7 ρ P-I P P-I ·_7 ρ P-I P P-I
5·10 liegen, werden die Aberrationen, also die Funktion R(A) f^r den reellen Endwert der Abstände von Objekt und Bild berechnet. Der Bestabweichung Ae ■ = e1 - e1 (Ji) wird also ein Restfehler bei der5 x 10, the aberrations, i.e. the function R (A) for the real end value of the distances between the object and the image, are calculated. The best deviation Ae ■ = e 1 - e 1 (Ji) thus becomes a residual error in the
P PP P
instrumentelten Durchführung entsprechen (die angewendete Abkürzung inst zeigt an, daß es sich um einen instrumenteilen Wert handelt):instrumented implementation (the applied The abbreviation inst indicates that it is an instrumental value):
, , Ai W COS'ß ·,, Ai W COS'ß ·
Sk inst = A« . _o (7) Sk inst = A «. _o ( 7 )
e' d RNKe 'd RNK
Bei einem Objektabstand r = Re und Bildabstand r1 = Re' und für eine gegebene gestrichelte Fläche erhält man die Grenzauflösung ζό λ) , die erreicht werden müßte, wenn sich das Bild für alle.Wellenlängen imWith an object distance r = Re and image distance r 1 = Re 'and for a given dashed area, one obtains the limit resolution ζό λ) , which would have to be achieved if the image were for all wavelengths in
Abstand e' bildet. Da im allgemeinen ^A inst nicht Null ist, ist es nötig, eine Grenze bei diesem Wert zu bestimmen. Man kann gemäß der Erfindung bei der Bestimmung dieser Grenzen unterstellen, daß alles so abläuft, als wenn ein nicht abweichendes Bild bei einem Abstand rf ( Λ ) = Re' ( λ. ) fokussiert würde, wobei der Ausgangsspalt sich in einem Abstand rf = Re' befände, mit anderen Worten, daß 0 k inst einem einfachen Fehler in der Durchführung gleichwertig ist. Aus vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß gemäß dem vorstehend definierten Gütefaktor, der tolerierbareDistance e 'forms. Since, in general, ^ A inst is not zero, it is necessary to determine a limit on this value. According to the invention, when determining these limits, it can be assumed that everything proceeds as if a non-deviating image were focused at a distance r f (Λ) = Re '( λ. ), The output slit being at a distance r f In other words, = Re 'would find that 0 k is equivalent to a simple mistake in implementation. From the foregoing it can be seen that according to the quality factor defined above, the tolerable
309843/0768309843/0768
Fehler bei der Durchführung unterhalb eines Versuchsviertes £ liegen muß wie:Failure to perform below a trial fourth £ must be like:
W inst < t - (8).W inst <t - (8) .
cos ßcos ß
Für einen bestimmten Wert θ und für jeden Wert des Paares W, L kann man, z.B. unter,Verwendung eines Elektronenrechners, durch Iteration die Werte e "und e f bestimmen, wodurch manFor a certain value θ and for each value of the pair W, L, for example using an electronic computer, the values e ″ and e f can be determined by iteration, whereby one
- das praktische Grenz-Auflosungsvermogen R = die Neigung ρ der Kurve λ /<M inst,- the practical limit resolving power R = the slope ρ of the curve λ / <M inst,
gg ρ \ ,gg ρ \ ,
den entsprechenden Grenzwert /I j t = ·· erhält. V ■?the corresponding limit value / I j t = receives. V ■?
V/enn die Werte von e und e' '-positiv sind (die Abstände Objekt und Bild müssen den reellen Objekten und Bildern im Fall einer Anordnung, die nur ein einziges Konkavgitter hat, entsprechen), und wenn die BedingungIf the values of e and e '' are positive (the distances Object and image must correspond to real objects and images in the case of an arrangement which is only one Concave grating has to correspond), and if the condition
in einem gegebenen Spektralintervall erfüllt ist, so kann das Fokussierungsverfahren durch einfache Drehung des Gitters und mit festen Schlitzen zur Realisierung von Monochromatoren verwendet werden»is satisfied in a given spectral interval, the focusing method can be adjusted by simple rotation of the grating and with fixed slots can be used to create monochromators »
Wenn man von dem STREHL-Kriterium ausgeht, um die Eigenschaften festzulegen, die die Anordnung erfüllen soll, dann hat H (A) den WertAssuming the Strehl Kriter ium to the properties set to be met by the arrangement, then H (A) has the value
- 14 309843/0768 - 14 309843/0768
2
H (A ) = cos oC + cos ß + J y (C4+Co4)2
H (A) = cos oC + cos ß + J y (C 4 + C o4 )
(10)(10)
wobei der Wert von W und vonwhere the value of W and of
berechnet wird, mitis calculated with
22052205
16201620
von der Ungleichungfrom the inequality
140140
ermittelt nach dem Kriterium von 3TREHL. In diesem Fall wird der Wert von V/ und L nicht am Anfang gewählt, sondern er wird ausgehend von den Werten e und e1 der Bedingung (11) bestimmt.determined according to the 3TREHL criterion. In this case, the value of V / and L is not chosen at the beginning, but is determined on the basis of the values e and e 1 of condition (11).
Das praktische Grenz-Auflösungsvermögen ist also gleich R = 0,8 N WQK, und ρ muß die BedingungThe practical limit resolving power is therefore equal to R = 0.8 NW Q K, and ρ must meet the condition
1,921.92
erfüllen, wobei das zweite Glied dieser Ungleichung unabhängig ist von A . P stellt hier die maximale Steigung der Kurve X = j ( α Α inst) dar.meet, where the second term of this inequality is independent of A. Here P represents the maximum slope of the curve X = j (α Α inst).
Der eine oder der andere Aufbau der Fig. 3a bis 3d wird für einen gegebenen Winkel θ gewählt und ergibt sich für konkrete vorkommende Fälle, Wenn man diese Wahl trifft, muß man sich flir jeden Fall vergewissern, ob die Lichtstärke (d.h.insbesondere ab der Wert der gestrichelten Fläche) unter Berücksichtigung der verlangten Auflösung R ausreichend ist. Im Grenzfall,One or the other structure of FIGS. 3a to 3d is chosen for a given angle θ and results for specific cases that occur, if one considers this If you make a choice, you have to make sure in each case whether the light intensity (i.e. in particular from the value of the dashed area), taking into account the required resolution R, is sufficient. In the borderline case,
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- 15 -- 15 -
wenn man für W und L sehr kleine Werte annimmt, kann die Bedingung (8) immer noch erfüllt werden, die entsprechenden Geräte werden jedoch dann nicht von praktischem Interesse sein, da ihre Lichtstärke sehr schwach wäre ' was sich insbesondere im Spektralbereich des entfernten Ultraviolett auswirkt, wo die Energien der Lichtquellen im allgemeinen im Vergleich zu den anderen Spektralbereichen nicht sehr hoch sind»if one assumes very small values for W and L. the condition (8) can still be satisfied, but the corresponding devices then become not practical Be of interest, since their light intensity would be very weak 'which is particularly in the spectral range of the distant Ultraviolet affects where the energies of the light sources generally compare to the others Spectral ranges are not very high »
Besondere Ausführungsformen der Erfindung für die Realisierung von Eiηfach-Monochromatoren oder Doppel-Monochromatoren sind gekennzeichnet' durch die Verwendung von sphärischen konkaven Beugungsgittern, die in der Anordnung "in piano" arbeiten, d.h. bei denen die Mitten der Eingangs- und Ausgangsschlitze sich in einer Ebene befinden, die die Gitternormale enthält und senkrecht zur Richtung der Striche.des Gitters verläuft, wobei die Eingangs- und Ausgangsschlitze eine feste Breite haben (d.h. unabhängig von der Wellenlänge Λ ), so daS sich kein Flußverlust in der Ebene des Ausgangsschlitzes ergibt.Special embodiments of the invention for the Realization of single monochromators or double monochromators are characterized by the use of spherical concave diffraction gratings in the Work arrangement "in piano", i.e. in which the centers of the input and output slots are in one plane which contains the grid normal and runs perpendicular to the direction of the lines of the grid, where the entrance and exit slots have a fixed width (i.e. independent of the wavelength Λ) so that there is no loss of flow in the plane of the exit slot.
Gemäß einer bevorzugten Variante werd.en bei der Auswahl der Bildebene nicht nur'die Aberrationen des verwendeten Konkavgitters berücksichtigt, sondern auch Aberrationen, die sich aus den Beleuchtungsbedingungen des Gitters ergeben. According to a preferred variant, not only the aberrations of the image plane are used when selecting the image plane Concave grating is taken into account, but also aberrations resulting from the lighting conditions of the grating.
Die verwendeten Konkavgitter können solche Gitter sein, die aus auf Glas aufgebrachten Strichen bestehen (oder Kopien von derartigen Gittern) oder ganz allgemein optische Elemente, die gleichzeitig die Fokussierung JO und die Beugung einer einfallenden Welle gewährleisten,The concave grids used can be those grids which consist of lines applied to glass (or copies of such grids) or in general optical elements that simultaneously ensure the focusing JO and the diffraction of an incident wave,
- IC -309843/07 6 8- IC -309843/07 6 8
unabhängig davon, nach welchen Verfahren diese Brechung durchgeführt wird, unter der Bedingung, daß, v:enn d die Gitterteilung ist, welche Über die gesamte Pupille des optischen Elementes konstant ist, die Grundgleichung für eine Anordnung dieses Typs lautet: ιregardless of the method by which this refraction is carried out, provided that, v: enn d die The grating division, which is constant over the entire pupil of the optical element, is the basic equation for an arrangement of this type is: ι
sin! Oi + sind ß = - K N λ (13)sin! Oi + are ß = - KN λ (13)
In diesem Ausdruck sind 0C und ß die Einfalls- und Beugungswinkel, die ausgehend von der Gitternormalen bewertet v/erden, N = -r ist die Zahl der Striche pro mm, K die BrechungsOrdnung und Λ die Wellenlänge; das negative Vorzeichen gilt für alle gebrochenen Strahlen, die in dem Bildraum liegen und zwischen dem Zentralfleck (i>C = -ß) und der Tangente des Gitters eingeschlossen sind.In this expression, 0 C and ß are the angles of incidence and diffraction which are evaluated starting from the grating normal v / earth, N = -r is the number of lines per mm, K is the order of refraction and Λ is the wavelength; the negative sign applies to all refracted rays which lie in the image space and are enclosed between the central spot (i> C = -ß) and the tangent of the grating.
Diese Fokussierverfahren erfolgen vorwiegend mit holografischen Gittern des I-Typs, bei denen die Striche des Gitters durch ein holografisches Verfahren erzeugt werden,und bei denen, wie in dem Fall der klassischen Strichgitter, die Fokussierungsgleichung erster Ordnung gekennzeichnet ist durch die Eeziehung T + T' =0, T und T'.These focusing methods are mainly carried out with holographic gratings of the I-type, in which the lines of the grating generated by a holographic process and for those, as in the case of the classical line gratings, the first-order focusing equation is characterized by the drawing T + T '= 0, T and T'.
Deshalb ist die entsprechende Beschreibung nur auf die Verwendung von sphärischen Konkavgittern bezpgen, deren optische Merkmale denjenigen der üblichen Gitter äquiva- · lent sind. Deren Striche sind definiert durch Überschneidung der Oberfläche eines Konkavspiegels mit parallelen Ebenen im gleichen Abstand.Therefore, the corresponding description is only related to the use of spherical concave gratings, their optical features are equivalent to those of the usual gratings. Their lines are defined by overlapping the surface of a concave mirror with parallel planes at the same distance.
■■·.- 17 -■■ · .- 17 -
30 984 3/076 830 984 3/076 8
Weiter oben wurde ausgeführt, daß man, wenn man die Aberrationen berücksichtigt (d.h. Ausdrücke höherer Ordnung in den Gleichungen, die vom Fermat-Prinzip abgeleitet sind), und wenn man eine Kompensationsmöglichkeit dieser Aberrationen durch eine Verschiebung der Bezugssphäre in Rechnung stellt, d.h. durch eine geeignete Wahl des Bildabstandes, Monochromatoren realisieren kann, bei denen die Objekt- und Bildabstände fest sind, und dies in einem größeren Spektral- Intervall, unter Drehung des Gitters um eine Achse, die durch den Gitterscheitel geht. Man hat festgestellt, daß solche Anordnungen, die einen geringen Gestehungspreis haben, da es keine Verschiebung des Gitters gibt, außerdem den bedeutenden Vorteil für die Benutzer haben, daß die Richtung der einfallenden und gebrochenen Bündel • absolut fest ist. Außerdem hat man festgestellt, daß es entgegen der von SEYA und dann von NAMIOKA vorgeschlagenen Lösung, die für Ultraviolett auf einen einzigen Winkel nahe bei 70°30' begrenzt ist, möglich ist, Anordnungen'mit beliebigen Werten von 2 θ zu treffen. Die Objekt- und Bildabstände werden durch eine verallgemeinerte Fokussierungsgleichung in Form der Gleichung gegeben;Above it was stated that if you use the Aberrations taken into account (i.e. expressions of higher Order in the equations, which are derived from the Fermat principle), and if there is a possibility of compensation of these aberrations by shifting the reference sphere, i.e. by a suitable choice of the image distance, monochromators can realize in which the object and image distances are fixed, and this in a larger spectral Interval, with rotation of the grid around an axis that goes through the apex of the grid. It has been found that such arrangements have a low cost price as there is no shifting of the grid, they also have the significant advantage for the user, that the direction of the incident and broken bundle • is absolutely firm. In addition, it has been found that, contrary to the solution proposed by SEYA and then NAMIOKA, the solution for ultraviolet on a single Angle close to 70 ° 30 'is limited, it is possible to make arrangements with any values of 2 θ. The object and image distances are given by a generalized focusing equation in the form of the equation given;
„ η " Η
in der Ausdrücke höherer Ordnung vorkommen. Die Gleichung hängt also von dem Wert der gestrichelten Breite W und der gestrichelten Höhe H (oder von der Beziehung 9 - H/W) ab. Es muß hinzugefügt werden, daß andere Werte von 2 ö von SEYA und NAMIOKA vorgesehen worden.sind, aber diese waren mit einer beträchtlichen Herabsetzung der Auflösungin which there are higher-order expressions. The equation thus depends on the value of the dashed width W and the dashed height H (or on the relationship 9 - H / W). It must be added that other values of 2 ö have been envisaged by SEYA and NAMIOKA, but these were with a considerable decrease in resolution
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(oder der Lichtstärke) verbunden, wenn der Bildabstand fest blieb, oder auch mit einer zusätzlichen mechanischen Komplikation, wenn der Wert r' experimentell abhängig von der Wellenlänge justiert wurde.(or the light intensity) if the image distance remained fixed, or with an additional one mechanical complication when the value r 'was adjusted experimentally as a function of the wavelength.
Daraus geht auch hervor, daß mit jeder gestrichelten Fläche eine Grenzauflösung verbunden ist, die man nur ausgehend von Schlitzen bestimmter Breiten f und f' erhalten kann. Experimentell ist festgestellt worden, daß es infolge der schwachen Leuchtkraft der verwendeten Quellen im nahen und entfernten Ultraviolett und infolge der schwachen Leistung der bis jetzt im Handel verfügbaren Gitter schwierig war, Schlitze der Breiten f und f' wegen des geringen Wertes des Verhältnisses Signal!Geräusch am Ausgang zu verwenden. Ganz besonders im Fall industrieller Überwachungen ist es also wichtig, breite Schlitze mit njcht vernachlässigbaren Höhen zu verwenden, denn·der ausgehende Fluß ist direkt proportional zur Fläche des Ausgangsschlitzes, Schließlich ist es für den Benutzer eines kommerziellen Gerätes interessant, wenn er die Breite der Schlitze abhängig vorder Wellenlänge nicht manuell variieren muß. Mß stimmt natürlich, daß automatische Vorkehrungen, die notwendigerweise kompliziert sind, konzipiert werden können, um solche Breitenvariationen durchzuführen, aber die Einstellung der Abmessung der Schlitze, sei sie automatisch oder manuell, vergrößert zwangsweise die Komplexität der Geräte und deren Preis.From this it can also be seen that a limit resolution is associated with each dashed area, which can only be obtained starting from slots of certain widths f and f '. It has been found experimentally that due to the weak luminosity of the near and far ultraviolet sources used and the poor performance of the gratings commercially available up to now, it was difficult to find slits of widths f and f 'because of the low value of the signal / noise ratio to be used at the exit. So, especially in the case of industrial surveillance, it is important to use wide slots with non-negligible heights, because the outgoing flow is directly proportional to the area of the output slot does not have to vary manually depending on the wavelength. It is, of course, true that automatic arrangements, which are necessarily complex, can be devised to accommodate such width variations, but adjusting the size of the slots, whether automatic or manual, inevitably increases the complexity of the equipment and its cost.
Wenn man das Verfahren zur Korrektur von Phasenaber» rationcn gemäß der Erfindung verwendet, dann ißt zuerst der abweichende optische Weg 41 (w,£)'zu berücksichtigen, der eine Verschiebung der Bezugßsphäre zu der durchIf one uses the method for correcting phase aberrations according to the invention, then first the deviating optical path 4 1 (w, £) 'must be taken into account, which is a shift of the reference sphere to that through
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Theorie erster Ordnung vorgesehenen Position berücksichtigt. Wenn man Schlitze mit. nicht vernachlässigbarer ,Höhe verwendet und dazu sehr offene Aufbauten, d.h. für erhöhte Werte der Beziehungen H/r' und w/r', und wenn (h -2h'L )R größer ist als Λ /w , dann drückt sich Δ' (w, Jt) wie folgt aus:First-order theory taken into account. If you have slots with. not negligible, height used and very open superstructures, i.e. for increased values of the relationships H / r 'and w / r', and if (h -2h'L) R is greater than Λ / w, then Δ '( w, Jt) as follows:
Δ ' (w, I) =A\ L*.£) = G1W +Δ'2 (w,/) + C2W2 + -co; Δ '(w, I) = A \ L *. £) = G 1 W + Δ' 2 (w, /) + C 2 W 2 + -c o;
mit - 01 with - 01
. ι -i 4 A "Z O -. ι -i 4 A "ZO -
wo C. . den Abweichungskoeffizienfcen kennzeichnet, mit i = 0, 2 ... und i + j = 3#5 ·.··» wo C1W die Schwankung der Bezugssphäre darstellt, vjo C ,w eine Funktion der Höhe h' des Schlit-zes fürwhere C.. denotes the coefficient of deviation, with i = 0, 2 ... and i + j = 3 # 5 ·. ·· »where C 1 W represents the fluctuation of the reference sphere, vjo C, w a function of the height h 'of the slot for
OlOil
den Ausgang ist, und mit
2) Λ' (w,/ ) «the exit is, and with
2) Λ '(w, /) «
wenn i = 0,2 ... und u + j = 4,6,if i = 0.2 ... and u + j = 4.6,
2 ■ '2 ■ '
wenn Cow die Verschiebung der Bezugssphäre kennzeichnet,if C o w denotes the displacement of the reference sphere,
2
wenn Cno w eine Funktion der Höhe h' des Ausgangsspaltes2
if C no w is a function of the height h 'of the exit slit
■20 ist.■ 20 is.
Wie schon oben erwähnt, werden die Koeffizienten C, und C2 durch einen geometrischen Gütefaktor Q bestimmt (oder ausgehend vom STfIEHL-Kr it er ium, das hier nicht berücksichtigt wurde), der es gestattet, die Aberrationen mitAs mentioned above, the coefficients C 1 and C 2 are determined by a geometric quality factor Q (or based on the STfIEHL criterion, which was not taken into account here), which allows the aberrations to be included
- 20 3 0 9 8 4 3/076 8- 20 3 0 9 8 4 3/076 8
der Vergrößerung des Eildflecks in Verbindung zu setzen. Jedem Wert von w und von § = H/W entspricht ein mittlerer quadratischer Wert der Auflösung wie:the enlargement of the Eildflecks in connection. Corresponds to every value of w and of § = H / W a mean square value of the resolution like:
wobeiwhereby
Mit der Grenzauflösung < eiA^ sind dann die Schlitze der Breite f = r Q und f' = r'Q.verbunden. Bei Schlitzen der Breite f.)>f und f'>ff und mit bedeutenden Höhen h und h' mu3 man, um die praktische Auflösung zu ermitteln, zuerst ein Fältungsprodukt einer rechtwinkligen Funktion durchführen, die den Eingangsspalt durch die Intensitätsverteilung in der Bildebene kennzeichnet. Diese Berechnung ist sehr komplex, einerseits wegen des durch die Intensitätsverteilung gegebenen Ausdruckes und andererseits wegen der Verwendung von geraden Schlitzen in den Anordnungen mit Konkavgittern, die insbesondere beim entfernten Ultraviolett, eine starke Krtimmung der Spektralstrahlen bewirkt. Die Vergrößerung des Bildes folgt also nicht nur aus der Vergrößerung S A f > die an die Breite des Eingangsschlitzes gebunden ist, sondern auch aus derjenigen 6A „* die an eine DoppelkrUmmung der Spektralstrahlen gebunden ist (die erste Krümmung RC 1 ist auf Astigmatismus zurückzuführen und steht also mit dem Begriff C21^ wWith the limit resolution <eiA ^ the slots of width f = r Q and f '= r'Q. Are then connected. In the case of slits of width f.)> F and f '> f f and with significant heights h and h', in order to determine the practical resolution, one must first carry out a convolution product of a right-angled function that defines the entrance slit through the intensity distribution in the image plane indicates. This calculation is very complex, on the one hand because of the expression given by the intensity distribution and on the other hand because of the use of straight slits in the arrangements with concave gratings, which causes a strong curvature of the spectral rays, especially in the case of distant ultraviolet. The enlargement of the image follows not only from the enlargement S A f >, which is tied to the width of the entrance slit, but also from that 6A "* which is tied to a double curvature of the spectral rays (the first curvature RC 1 is due to astigmatism and so stands with the term C 21 ^ w
.-21 -.-21 -
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in Zusammenhang, die zweite RC 2 ist zurückzuführen
auf die Abweichung vom Dispersionsgesetz, und zwar
verbunden mit dem Begriff CQ, w).in context, the second RC 2 is due
on the deviation from the law of dispersion, namely
associated with the term C Q , w).
Für Vierte von f., und f'., die wesentlich höher sind
als f und f', und unter Berücksichtigung, des erhöhten
Wertes' des Astigmatismus der Aufbauten mit Konkavgittern, kann man im Rahmen der geometrischen Hypothese
zeigen, daß die praktische Auflösung, die man bei einem Aufbau "in plane" rr.it einem geraden Ausgangsschlitz der
Höhe h1 erhält, im wesentlichen gleich istFor fourths of f., And f '., Which are much higher
as f and f ', and taking into account the increased
The value of the astigmatism of the structures with concave grids can be shown within the framework of the geometric hypothesis that the practical resolution obtained with a structure "in plane" with a straight exit slot of height h 1 is essentially the same
p 2 + U1? p 2 + U 1 ?
In diesem Ausdruck, der experimentell nachgeprüft wurde, wird der Wert ^OÄ)· aus Gleichung I^ abgeleitet, in der man berücksichtigt, daß der Ausdruck C0^ null ist (man trennt also den Anteil an der Vergrößerung des BildesIn this expression, which has been verified experimentally, the value ^ OÄ) · is derived from equation I ^, in which it is taken into account that the expression C 0 ^ zero (so one separates the contribution to the enlargement of the image
aufgrund der Krümmung der Spektral strahlen von demjenigen aufgrund anderer Aberrationen). Der Wert von
ist gleichdue to the curvature of the spectral rays from that due to other aberrations). The value of
is equal to
f= r1 f i/r di (17) f = r 1 fi / r di (17)
und derjenige von ok ist gleichand the one of ok is the same
C.C.
($■/ = hf2 RC / 8 di (18)($ ■ / = h f2 RC / 8 di (18)
wobei di die Bilddispersion der Anordnung ist.where di is the image dispersion of the array.
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Dies erlaubt den Schluß, daß, wenn man bei einer Anordnung mit einfacher Drehung des Gitters und bei festen Abständen zwischen Objekt und Bild einen geraden Eingangsschlitz der Breite f. und der Höhe h =_—τ und einen Ausgangsschlitz der Breite f1, =This allows the conclusion that if, in an arrangement with a simple rotation of the grating and with fixed distances between object and image, a straight entrance slit of width f 1 and height h = _ - τ and an exit slit of width f 1, =
ρ di und der Höhe h' verwendet, die erhaltene Grenzauflösung nicht ^oX/ ist,sondern den Wert οAp der Gleichung l6 hat, wenn oA in derselben Größenordnung liegt wie <cίy^^ . Die Berechnung hat gezeigt, daß es möglich ist, nicht zu vernachlässigende Werte von hf zu bestimmen, für die diese Bedingung erfüllt ist, wenn für irgendwelche Werte von 2 O zwischen 20° und 150° in dem Umfang, in dem für 2 θ < h5° die Krümmung RC gleich RCjangenommen wird. (d.h. der Astigmatismus ist relativ gering), und wenn für 2 G^S0 die Krümmung RC diejenige ist, die auf den Astigmatismus zurückgeht, sowie wenn für 2 θ >-45° die für A^ und/lf gewählten Werte dem bedeckten Spektral interval! angepaßt worden sind (letzeres hängt offensichtlich vom Winkel 2 θ - Gleichung 13 ab). Dies gilt für die Gitter, die im allgemeinen im entfernten Ultraviolett verwendet werden^und die zur Zeit auf dem Markt verfügbar sind. Man wird feststellen, daß die Mitten der Eingangs- und Ausgangsschlitze sich in der Ebene befinden, die die Gitternormale enthält und senkrecht zur Richtung der Striche verläuft. Die Gleichung 16 zeigt insbesondere, daß man für die Merkmale der betrachteten Schlitze den Fluß vergrößern kann - indem man f und h und f' und h' vergrößert - wobei man ein wenig an Auflösung verliert, da (■?/!_ immer größer ist als<(ö/Xρ di and the height h 'are used, the resulting limit resolution is not ^ o X / , but has the value οAp of equation l6, if oA is in the same order of magnitude as <cίy ^^. The calculation has shown that it is possible to determine non-negligible values of h f for which this condition is fulfilled if for any values of 2 O between 20 ° and 150 ° to the extent that for 2 θ < h5 ° the curvature RC is assumed to be equal to RCj. (ie the astigmatism is relatively small), and if for 2 G ^ S 0 the curvature RC is that which goes back to the astigmatism, and if for 2 θ> -45 ° the values chosen for A ^ and / l f cover the Spectral interval! have been adjusted (the latter obviously depends on the angle 2θ - Equation 13). This applies to the gratings which are generally used in the far ultraviolet and which are currently available on the market. It will be noted that the centers of the entry and exit slots are in the plane containing the grid normals and perpendicular to the direction of the bars. Equation 16 shows in particular that one can increase the flux for the features of the slots under consideration - by increasing f and h and f 'and h' - whereby one loses a little bit of resolution, since (■? /! _ Is always greater as <(ö / X
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Nach experimenteller Prüfung der Gültigkeit der Gleichung l6 ist festgestellt worden, daß cfA und f' monotone Funktionen der Wellenlänge sind, die um sehr geringe Werte von θ abnehmen (z.B. mit ' für θ = 10°, R = 400,7 mm, N = 1200 Striche mm, V/ = J8 mm, L = 30 mm, h' = 4 mm),After testing the validity of Equation 16 experimentally, it has been found that cfA and f 'are monotonic functions of wavelength decreasing by very small values of θ (e.g. with 'for θ = 10 °, R = 400.7 mm, N = 1200 lines mm, V / = J8 mm, L = 30 mm, h' = 4 mm),
dann wieder zunehmen, wenn θ größer wird, z.B. θ = 20°, Q = 30°, und wieder abnehmen, und zwar um sehr hohe Werte von Θ, z.B. θ = 75°. Die Schlußfolgerung aus der Berechnung, die durch Versuche bestätigt wurde, zeigt, daß esthen increase again when θ increases, e.g. θ = 20 °, Q = 30 °, and decrease again, by a very large amount Values of Θ, e.g. θ = 75 °. The conclusion the calculation, which has been confirmed by experiments, shows that it
2 Werte G* gibt, für die die Variationen vonThere are 2 values G * for which the variations of
P . ν P. ν
in Abhängigkeit von der Wellenlänge vernachlässigt werden können (die Auflösung war also in dem ganzen erforschten Spektralbereich konstant, f1^ variiert im allgemeinen mit./O,can be neglected depending on the wavelength (the resolution was therefore constant in the entire spectral range investigated, f 1 ^ generally varies with./O,
2 Werte von θ und θ gibt, für die die Variationen von f'. abhängig von der Wellenlänge vernachlässigt werden können (die Auflösung war also im erforschten Spektralbereich variabel).2 values of θ and θ are for which the variations from f '. neglected depending on the wavelength (the resolution was therefore variable in the spectral range investigated).
Die letztgenannte Feststellung, war wichtig für die Realisierung von kommerziellen Geräten, da man so einen Monochromator mit hohem Fluß mit Schlitzen fester Breite für einen geringen Gestehungspreis herstellen kann.The latter finding was important for the realization of commercial devices, since one is such Can produce monochromator with high flux with slots of fixed width for a low cost price.
Die~ Berechnung von θ kann auf folgende V/eise durchgeführt werden: Zuerst berechnet man für ein gegebenes Gitter und für einen gegebenen Wert van f. und h' die Objekt- und Bildabstände für jeden betrachteten Wert von θ aus -Gleichung k'f in derThe calculation of θ can be carried out in the following way: First, for a given grid and for a given value of f. And h ', the object and image distances for each considered value of θ from equation k' f in are calculated the
3 0 9 8 4 3/0768 ' _ 24 -3 0 9 8 4 3/0768 '_ 24 -
+ 2 C02, + 2 C 02,
wobei W sich durch die vereinfachte Gleichung 14 ergibt (C21 =0).where W results from the simplified equation 14 (C 21 = 0).
Die erhaltenen Endwerte für r und r1 berücksichtigen die Aberrationen und führen zur Berechnung von <o/{> und von δ Λ- (Gleichung 18). Man berechnet dann Oλ* für den Wert f4 und also schließlich SAn für f\The final values obtained for r and r 1 take the aberrations into account and lead to the calculation of <o / {> and δ Λ- (equation 18). One then calculates Oλ * for the value f 4 and finally SA n for f \
1 . P 1 ι1 . P 1 ι
der Funktion von /i . Der Verlauf der Kurven f ^ =· $ ( Λ.) für Jedes θ gestattet also die Auswahl der Werte θ von Θ. Das kann automatisch durch ein Programm erfolgen, in dem man θ von Minute zu Minute variieren läßt. Der zurückbehaltene Wert von θ ist dann derjenige,für denthe function of / i . The course of the curves f ^ = · $ (Λ.) For each θ thus allows the selection of the values θ of Θ. This can be done automatically by a program in which θ is allowed to vary from minute to minute. The retained value of θ is then that for which
f' ( K M) -f* (λ min) ^ y (f ( λ M) -t-f (A min) N (20) f '( K M) -f * (λ min) ^ y (f (λ M) - tf (A min) N (20)
wobei f'. (A M) der Wert vcn f'. für die maximale Wellenlänge des betrachteten Spektralbereiches ist, wobei f'. (i. min) derjenige Wert ist,der der Kindestwellenlänge entspricht, während die Menge T^ die gewünschte Genauigkeit definiert, die praktisch die Ord-where f '. (A M) the value of vcn f '. for the maximum Is the wavelength of the spectral range under consideration, where f '. (i. min) is the value that corresponds to the minimum wavelength corresponds, while the quantity T ^ defines the desired accuracy, which practically corresponds to the ord-
-2
nung von 10 erreichen kann.-2
can reach a value of 10.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind zwei Beispiele angegeben, für die der Wert von Gp mit f^ = IC/i bestimmt worden ist.Two examples are given in Table 1 below, for which the value of Gp is determined with f ^ = IC / i has been.
309843/0768309843/0768
R N Wo Lo r r1 2Θ h f*i -Λ rein Ληαχ mm -Str/mia mni nun ihm sei inm mm l\ aRN Wo Lo rr 1 2Θ hf * i -Λ pure Ληαχ mm -Str / mia mni now let him be inm mm l \ a
400,7 1200 38 30 152,28 9%,Ψξ 144°52'6 0,195 50 1100 1221,2 54 54 412,08 59*,51 30°28°2,8 0,007 350 4000400.7 1200 38 30 152.28 9%, Ψξ 144 ° 52'6 0.195 50 1100 1221.2 54 54 412.08 59 *, 51 30 ° 28 ° 2.8 0.007 350 4000
Außerhalb der beiden besonderen vorgenannten Anv;endungerv erlaubt es das erfindungsgeraäße Fokussierungsverfahren für Konkavgitter a ausgehend von der allgemeinen Fokussierungsgleiehuiig 4, Monochromatoren mit einer Anordnung !Hit einfacher Drehung jdes Gitters um eine Achse, die durch den Scheitel geht, zu bauen. Dabei sind der Objektabstand r = Be und der Bildabstand r! = Re1 (R ist der KröiMiiungsradius des Gitters) fest und abhängig von dem Winkel 2Θ, unter dem man vom Gitterscheitel aus die beiden Spalte sieht. Eine solche Anordnung liefert sehr lichtstarke Aufbauten bei einer ausreichenden Auflösung für die meisten industriellen Kontrollarbeiten und selbst für fortgeschrittene For-Outside of the two special applications mentioned above, the focusing method according to the invention for concave grating a , based on the general focusing equation 4, allows monochromators to be built with an arrangement of simple rotation of the grating around an axis that goes through the vertex. The object distance r = Be and the image distance r ! = Re 1 (R is the radius of curvature of the grid) and depends on the angle 2Θ at which the two gaps can be seen from the top of the grid. Such an arrangement provides very bright structures with sufficient resolution for most industrial control work and even for advanced research.
1S schungen- 1 S loop
Außerdem hat der Erfinder dargelegt, ,daß die beste Bildebene definiert werden kann, wenn man nicht nur die Aberrationen des Konkavgitters allein, sondern auch diejenigen berücksichtigt, die sich aus den Beleuchtungsbedingungen des Gitters in den genannten Anordnungen ergeben. Es hat sich in der Tat gezeigt, daß entweder aufgrund der Art der Quelle oder aufgrund der Ubertragungsoptik, mit der eine entfernte Quelle auf den Eingangsschlitz gebündelt wird, zusätzliche AberrationenIn addition, the inventor has shown that the best Image plane can be defined if one considers not only the aberrations of the concave grating alone, but also those taken into account resulting from the lighting conditions of the grid in the above-mentioned arrangements. Indeed, it has been shown to either due to the type of source or due to the transmission optics, with which a distant source is focused onto the entrance slit, additional aberrations
er Ebene des Eingangsschlitzes auftreten können.occur at the level of the entrance slot can.
Δ tW, I )iΔ tW, I ) i
- 26 309843/0768 - 26 309843/0768
Unter diesen Bedingungen hat der abweichende optische Weg in der Bildebene insgesamt den WertUnder these conditions, the deviating optical path in the image plane has the total value
Wie vorher schon erwähnt, kann nan setzen für A' (w,0: As mentioned before, nan can set for A ' (w, 0:
Δ" (w, /) = 4'} Cw1-f) + C1W +'C01W1+ C* w 4 Δ " (w, /) = 4 '} Cw 1 -f) + C 1 W +' C 01 W 1 + C * w 4
+ Λ'2 (W1^) + C2w2 + Co2w + C2W ^22^+ Λ ' 2 (W 1 ^) + C 2 w2 + C o2 w + C 2 W ^ 22 ^
wenn man die geraden Ausdrücke von w und £ von den ungeraden trennt, und wenn man beachtet, daß A. (w, <C ) im vjesentlichen einen Ausfiihrungsfehler und ein Kippen des Bildes darstellt.if one separates the even expressions of w and £ from the odd ones, and if one observes that A. (w, <C ) essentially represents an execution error and a tilting of the image.
Die ungeraden Ausdrücke werden wie folgt definiert: ^1 (w,*) = Ei0C1J /V ^ C03 w5 + C21^2WThe odd expressions are defined as follows: ^ 1 (w, *) = Ei 0 C 1 J / V ^ C 03 w 5 + C 21 ^ 2 W
Cij Sind die Aberratlonskoefflzlenten des Konkavgitters, wobei i « 0, 2 ... und 1 + J = 3,5 ist ... C ij are the aberration coefficients of the concave grating, where i «0, 2 ... and 1 + J = 3.5 ...
C01 ist ein Funktionsbegriff der Höhe h1 des Ausgangsspaltes, C 01 is a functional term for the height h 1 of the exit slit,
C*,w ist ein Ausdruck erster Ordnung, der mit der Belichtungsart des Gerätes in Verbindung steht,C *, w is a first order term related to the exposure mode the device is in communication,
C-W ist ein Ausdruck, der das Kippen der Bezugssphäre Überträgt, und der die Position der maximalen Intensität bestimmt, die sich bei einem Wertet des Einfallswinkels in der Richtung ß + Aß ergibt, wobeiC-W is a term that conveys the tilting of the reference sphere and the position of the maximum intensity determined, which is at a value of the angle of incidence in the direction ß + Aß, where
309843/0768 . 27 _309843/0768. 27 _
(23) sin ß = - K K λ - sin οί(23) sin ß = - KK λ - sin οί
(24) cos SAß = (1 - m ) ~~( C03 + C21 ^- (24) cos SAß = (1 - m) ~~ (C 03 + C 21 ^ -
2 2 rr
W ν!.W ν !.
0303 rr
wenn man. das oben definierte geometrische Kriterium berücksichtigt. Die Ausdrücke gerader Ordnung, die den Wert von H .(A) bestimmen, lauten wie folgt:if. the geometric criterion defined above considered. The even-order expressions that determine the value of H. (A) are as follows:
, 2 i?2x2 4
+(w + £ ) C, 2 i? 2 x 2 4
+ (w + £) C
C. » stellt die Aberrationskoeffizienten des Konkvavgitters dar,für die i = 0,2 ... und i +j = K,6 ... ist,C. »represents the aberration coefficients of the concave grating for which i = 0.2 ... and i + j = K, 6 ...,
C^pW ist eine Funktion der Höhe h' des Ausgangsschlitzes, C ^ pW is a function of the height h 'of the exit slot,
* 2 ■ * 2 ■
C2W ist ein Ausdruck zweiter Ordnung, der von der Beleuchtung des Gerätes abhängt,C 2 W is a second order expression that depends on the lighting of the device,
2 ■ '"2 ■ '"
C2W charakterisiert die Verschiebung der Bezugssphäre in Richtung ß, * deren V/ert, abgeleitet vom geometrischen Gütekriterium, die Berechnung von H (A ) erlaubt, die sich folgendermaßen ausdrückt:C 2 W characterizes the displacement of the reference sphere in the direction ß, * the value of which, derived from the geometric quality criterion, allows the calculation of H ( A) , which is expressed as follows:
w 2 2 w 2 2
H ( Λ ) = cos OC' + cos ß + ^-H (Λ) = cos OC '+ cos ß + ^ -
I 5 3 JI 5 3 y
+"2 C02 + 2 C2 ; (25)+ "2 C 02 + 2 C 2; (25)
^=co4 + C4/ V= C22 + ?C-4 .'■'■■ ^ = c o4 + C 4 / V = C 22 +? C -4 . '■' ■■
■'■■-. -28 i■ '■■ -. -28 i
3098A3/0768 r 3098A3 / 0768 r
W ist die gestrichelte Breite und 9 das Verhältnis h /W , L ist die gestrichelte Höhe.W is the dashed width and 9 is the ratio h / W, L is the dashed height.
Die Bildfokussierungsebene, d.h. der Wert von r1, wird also so gewählt, daß die Summe r'er verschiedenen Fehler bei der Durchführung (derjenige aufgrund der Höhe der Schlitze C02, derjenige aufgrund der Beleuchtungsart C 2* derjenige der gesuchten Verschiebung Co) so ist, daß die Aberrationen 4. Ordnung kompensiert werden, und daß die endgültige- Grenzauflösung so As diejenige ist, die durch Gleichung 14 gegeben ist.The image focusing plane, ie the value of r 1 , is thus chosen so that the sum r'er different errors during implementation (the one due to the height of the slits C 02 , the one due to the type of illumination C 2 * that of the displacement Co sought) so is that the 4th order aberrations are compensated and that the final limit resolution so As is that given by Equation 14.
Ein besonders wichtiger Fall, der die Erfindung behandeln kann, ist derjenige, in dem die von der Quelle ausgesandten Strahlen durch den Dopplereffekt vergrößert werden, d.h. für die Strahlenteilchen (Ionen, Atome oder MoIeküle), die durch eine große Geschwindigkeit ν angeregt werden ( mit Ψ - — , wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist ). Man weiß, daß, wenn man eine solche Quelle mit einem optisch korrigierten Monochromator betrachtet, man in der Bildebene, selbst bei einem ganz feinen Eingangsschlitz, einen Bildfleck erhält, dessen Breite mindestens beträgt:A particularly important case that the invention can deal with is that in which the rays emitted by the source are enlarged by the Doppler effect, i.e. for the ray particles (ions, atoms or molecules) that are excited by a high velocity ν (with Ψ - - , where c is the speed of light). It is known that if one looks at such a source with an optically corrected monochromator, one obtains an image spot in the image plane, even with a very fine entrance slit, the width of which is at least:
(26) JAn-Aj* ° -■£ cos B ■( 5in*+ Slnß) υ r' r' KN (26 ) JA n -Aj * ° - ■ £ cos B ■ ( 5in * + Slnß ) υ r 'r' KN
für den Fall einer senkrechten Beobachtung zur Laufbahn der Partikel.for the case of a perpendicular observation to the path of the particles.
Es wurde festgestellt, daß eine solche Vergrößerung ^ die gewöhnlich mehrere Ä erreicht, vermindert werden kann durch eine Verschiebung der Bildebene, wobei diese Verschiebung nicht nur* vony , sondern auch von Λ abhängt.It has been found that such a magnification ^ which usually reaches several Ä, can be reduced by shifting the image plane, this shift not only depending * on y, but also on Λ.
309843/0768 _ 2C) _309843/0768 _ 2C) _
Praktisch muß der Benutzer also den Wert r1 ändern, wenn das Spektrum vor dem Ausgangsspalt abläuft. Beim Verfahren zur Korrektur der Aberrationen durch Verschiebung der Bezugssphäre kann man zugestehen, daß diese Vergrößerung in erster Annäherung gleich derjenigen ist, die mit einer, klassischen Quelle beobachtet würde, wenn die Ausführungsebene (rf + 4rf) statt r' ist, wobeiAr1:In practice, the user must change the value r 1 if the spectrum runs in front of the exit slit. In the method for correcting the aberrations by shifting the reference sphere, it can be admitted that this magnification is to a first approximation the same as that which would be observed with a classical source if the execution plane is (r f + 4r f ) instead of r ', where Ar 1 :
cos2ß Ag' - L·MM ~ κ N^ ^-^ - (sin öC + sin ß)cos 2 ß Ag '- L MM ~ κ N ^ ^ - ^ - (sin öC + sin ß)
wo r' w o r '
cos ß - (27) cos ß - (27)
Alles erfolgt also in erster Annäherung, als ob es einen zusätzlichen instruitentellenDurchfiihrungsfehler gäbe, wieSo everything is done as a first approximation, as if there were an additional instituentelle execution error, how
/*j/ * j -ti-i.1 Jt J/ COS ID (J/ / . rt s t-<Jo ω -ti-i.1 Jt J / COS ID (J / /. rt s t- <Jo ω
~ - KN Λ j — == - j (sm + sin ß) ^-—*~ - KN Λ j - == - j (sm + sin ß) ^ -— *
In diesem Fall wird Man also die Gleichung (4) Ib'senj indem man die Gleichungen 25 und 28 so berücksichtigt, daß man für einen betrachteten Spektralbereich ein Paar der Wertec£, ß, r und r1 so bestimmt, daß die Werte r und r1 unabhängig von der Wellenlänge sind, und daß Jedem Wert von 7 demnach eine feste Bildebene für einen ausgedehnten Spektralbereich entspricht.In this case, equation (4) Ib'senj is obtained by taking equations 25 and 28 into account in such a way that a pair of values c £, β, r and r 1 is determined for a considered spectral range in such a way that the values r and r 1 are independent of the wavelength, and that each value of 7 therefore corresponds to a fixed image plane for an extended spectral range.
Wenn man berücksichtigt, daß solche Quellen meist wenig infc-ensiv sind, kann man, wie oben erwähnt, den Fall der geraden Schlitze mit großen Abmessungen behandeln und insbesondere den Winkel θ* ρ bestimmen,, für den die BreiteIf one takes into account that such sources are usually not very infectious, one can, as mentioned above, the case of treat straight slots with large dimensions and in particular determine the angle θ * ρ, for which the width
des Ausgangsschlitzes fest ist, ohne einen Fiußverlust • zu bewirken.of the exit slot is firm without loss of flow • to effect.
3 0 984 3/0768 _ - 30 -3 0 984 3/0768 _ - 30 -
Schließlich wird der Dopplervergröflerung eine im allgemeinen schwache Dopplervergrößerung überlagert, die sich bei der senkrechten Beobachtung stets wie folgt ausdrucktFinally, the Doppler magnification becomes an im general weak Doppler magnification superimposed, which is always expressed as follows when observing perpendicularly
Dies bedeutet, daßThis means that
ρρ
KN d K tv= cos ß 4 ßn β KN Λ -^-- a (sin <* + sin ß)KN d K tv = cos ß 4 ß n β KN Λ - ^ - a (sin <* + s i n ß)
Das Intensitätsmaximum findet sich also in der Richtung ß 4-Δ ß alsThe intensity maximum is thus found in the direction ß 4-Δ ß as
fl 2 ι Wfl 2 ι W
cos ßAß =/C0, + C21 Λ»—ycos ßAß = / C 0 , + C 21 Λ »-y
309843/0768309843/0768
Die"beiliegenden Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsformen der bekannten Technik sowie Kurven und Ausführungsformen gemäß der Erfindung.The "accompanying drawings show various embodiments of the known art as well as curves and embodiments according to the invention.
Fig. 1 bis 3d sind schematische Darstellungen von Erscheinungsformen und Aufbauten gemäß der bekannten Technik .Figs. 1 to 3d are schematic representations of appearances and structures according to the known art.
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Mono.chromators, teilweise geschnitten, unter Anwendung des Verfahrens der Erfindung mit- feinen, geraden oder gewölbten Spalten.FIG. 4 is a top plan view of a monochromator, partially in section, using the method of FIG Invention with fine, straight or curved gaps.
Fig. 4a ist ein Vertikalschnitt.Fig. 4a is a vertical section.
Fig. 4b zeigt die Steuerung der Wellenlänge.Fig. 4b shows the control of the wavelength.
Fig. 4c ist ein Diagramm entsprechend dem Monochromator von Fig. 4.FIG. 4c is a diagram corresponding to the monochromator of FIG. 4.
Fig. 5 zeigt die Werte der reduzierten Objekt- und BiIdabstände in Abhängigkeit von Θ.5 shows the values of the reduced object and image distances depending on Θ.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das den Wert ρ für die verschiedenen Anordnungen von Fig. 3 gemäß der Erfindung angibt (für den Fall schwacher Abweichungen).Fig. 6 shows a diagram showing the value ρ for the various Indicates arrangements of Fig. 3 according to the invention (for the case of weak deviations).
Fig. 7 zeigt die Werte des Auflösungsvermögens in Abhängigkelt von θ für ein gegebenes Gitter (im Falle starker Abweichungen).Fig. 7 shows the values of the resolving power as a function of θ for a given grating (in the case of stronger Deviations).
Fig. 8 (8a bis 8d) zeigen das Prinzipschema der verschie- -" denen asymetrisehen Anordnungen für die Fokussierung mit einer einfachen Drehung des konkaven Gitters. Es sind die Werte der Winkel oiund ß für den Einfall und die Beugung erkennbar. Da^ bei den Anordnungen Mp und M-, die beiden '.8 (8a to 8d) show the basic diagram of the various asymmetrical arrangements for focusing with a simple rotation of the concave grating. The values of the angles α and β for incidence and diffraction can be seen Arrangements M p and M-, the two '.
30 9 843/076830 9 843/0768
genannten Kurven in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, ist irgendeine dieser Anordnungen den beiden anderen vorzuziehen.are in opposite directions, either of these arrangements is the two preferable to others.
Fig. 9 ist eine Sicht von oben, mit Teilschnitt eines Monochromator zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geraden Spalten fester Breite.Figure 9 is a top view, partially in section, of a monochromator for using the method of the present invention with straight columns of fixed width.
Fig. 9a zeigt einen Teilschnitt (Fig. 4a).Fig. 9a shows a partial section (Fig. 4a).
Fig. 9b-9b* zeigen die Steuerung der Wellenlänge und ihren Betrieb (genaue Messung der Wellenlänge).Figures 9b-9b * show the control of the wavelength and their operation (accurate measurement of the wavelength).
Fig. 10a und 10b sind Diagramme, die für die beiden gegebenen Beispiele den Wert von ζ ο Λλ und den Wert der praktisch erlangten Auflösung cfA D darstellen.10a and 10b are diagrams showing the value of ζ ο Λλ and the value of the practically achieved resolution cfA D for the two given examples.
Fig. 11 zeigt schematisch einen Doppelmonochromator mit Z-förmigemFig. 11 shows schematically a double monochromator with Z-shaped
Bei dem in den Fig. 4, 4a und 4b dargestellten Ausführungsbeispiel ruht der Monochromator auf einem Vakuumständer, der eine Platte A trägt, auf der die verschiedenen Elemente gemäß den Fig. 4-4a-4b und 4c angeordnet sind.In the embodiment shown in FIGS. 4, 4a and 4b the monochromator rests on a vacuum stand that carries a plate A on which the various Elements according to FIGS. 4-4a-4b and 4c are arranged.
Der Vakuumständer, der nicht dargestellt ist, trägt eine Platte A, auf der einerseits ein Zentralblock 2 montiert ist, in dem das Konkavgitter 3 und der Rotatitfnsmechanismus 3 des Gitters angeordnet sind. Andererseits sind an der Platte A ein Block 4, der den Eingangsschlltz trägt, und schließlich Blöcke 5 und 5' mit den Ausgangsschlitzen befestigt. Die Blöcke 4, 5 und 5' sind mit Block 1 durch Rohre 6 verbunden, welche mit vakuumdichten Balgmembranen 7 versehen sind, z.B. aus 309843/0768 The vacuum stand, which is not shown, carries a plate A on which, on the one hand, a central block 2 is mounted, in which the concave grating 3 and the rotating mechanism 3 of the grating are arranged. On the other hand, a block 4, which carries the input slot, and finally blocks 5 and 5 'with the output slots are attached to the plate A. The blocks 4, 5 and 5 'are connected to block 1 by pipes 6 which are provided with vacuum-tight bellows membranes 7, for example from 309843/0768
"TOMBAC". Diese ermöglichen die Einstellung der Schlitze · mit Hilfe der Schrauben 8, welche auf jedem Block 4 bis 51 vorgesehen sind und die entsprechenden Verschiebungen der Blöcke in nicht dargestellten Führungen der Platte A gestatten. Bei jedem Block 4, 5» 51 kann die Breite der Schlitze durch jede geeignete Vorrichtung 9 verstellt werden."TOMBAC". These make it possible to adjust the slots by means of the screws 8 which are provided on each block 4 to 5 1 and allow the blocks to be displaced accordingly in guides of the plate A, not shown. For each block 4, 5 »5 1 , the width of the slots can be adjusted by any suitable device 9.
Die Platte A trägt ferner einen Steuermechanismus 10 für die Steuerung der Wellenlänge, der später beschrieben wird.The disk A also carries a control mechanism 10 for controlling the wavelength, which will be described later will.
In Fig. 4a sieht man, daß der Block 2, der in dem Block durch Mutternsehrauben 1' befestigt ist, ein konisches Teil 11 aufweist, das mit vertikaler Axialbohrung angeordnet ist, deren Achse 12 die Drehachse des Gitters R bildet. An ihrem unteren Ende ist die Achse 12 mit dem Gitter R fest verbunden, das in einem Lager 13, das mit geeigneten Mitteln am Block 2 montiert ist, befestigt ist. Die Achswelle 12 wird mechanisch durch zwei Kugellager exakt ausgerichtet gehalten. Das erste Kugellager 14, das auf die Drehachse aufgepreßt ist, wird durch eine Schulter 15 der Welle in Position gehalten und durch ein Teil 16 gegen eine innenschulter „ 17 des konischen Teiles 11 gedrückt, während das andere Kugellager 18 durch zwei Zwischenstücke 21' gegen eine Innenschulter 19 des Teiles 11 und eine Schulter 20 der Welle gedrückt wird. Die Klemmung ist durch den Aufbau 21 mit Mutter und Bremse 22 gewährleistet* Das freie Ende der Aj3hse 12 springt über den Aufbau 22 hinaus hervor und trägt einen horizontalen Arm 23, der fest an der Welle angebracht ist.In Fig. 4a it can be seen that the block 2, which is fixed in the block by nut screws 1 ', is conical Has part 11 which is arranged with a vertical axial bore, the axis 12 of which is the axis of rotation of the Lattice R forms. At its lower end is the axle 12 firmly connected to the grid R, which is in a bearing 13, which is mounted by suitable means on the block 2, is attached. The axle shaft 12 is kept mechanically precisely aligned by two ball bearings. The first Ball bearing 14, which is pressed onto the axis of rotation, is held in position by a shoulder 15 of the shaft and through a part 16 against an inner shoulder " 17 of the conical part 11 pressed, while the other ball bearing 18 by two intermediate pieces 21 'against a Inner shoulder 19 of part 11 and a shoulder 20 of the Shaft is pressed. The clamping is ensured by the structure 21 with nut and brake 22 * The free end the sleeve 12 protrudes beyond the structure 22 and carries a horizontal arm 23 which is fixed to the Shaft is attached.
Der Arm 23 verläuft hier parallel zur Tangente aiii Scheitel des Gitters R (s. Figi 4b und 4e)* man kafiri ihm aberThe arm 23 here runs parallel to the tangent aiii vertex of the grid R (see Fig. 4b and 4e) * but one kafiri it
309843/0768 ^309843/0768 ^
jede andere gewünschte oder vorteilhafte feste Richtung in bezug auf das fest mit der Platte A verbundene Gitter geben. Eine Druckvorrichtung 24 trägt ein Antriebsorgan, das mit 25 bezeichnet ist, um die Verschiebung einer Rolle 26 entsprechend der Achse der Druckvorrichtung vor zunehmen. Die Rolle 26 wirkt gegen den Arm 23« Der Kontakt zwischen Rolle und Arm ist durch eine auf den Arm einwirkende RUckzugfeder 27 sichergestellt. Unter diesen Bedingungen wirkt die Verschiebung der Rolle 26 auf ihrer Druckvorrichtung 24 auf den Arm 23 ein und verursacht eine Drehung γ , die den Durchtritt der Wellenlängen entlang des Ausgangsschlitzes ermöglicht. Außerdem kann man auf diese Weise mit ausreichender Annäherung die Wellenlänge Λ messen, die sich in folgender Formel ausdrückt:give any other desired or advantageous fixed direction with respect to the grid fixed to the plate A. A printing device 24 carries a drive member, which is denoted by 25, to increase the displacement of a roller 26 according to the axis of the printing device before. The roller 26 acts against the arm 23. The contact between the roller and the arm is ensured by a return spring 27 acting on the arm. Under these conditions, the displacement of the roller 26 on its pressure device 24 acts on the arm 23 and causes a rotation γ which allows the wavelengths to pass along the exit slit. In addition, in this way one can measure the wavelength Λ with sufficient approximation, which is expressed in the following formula:
cos θ sin t (32)cos θ sin t (32)
Die beschriebene einfache Bewegung resultiert aus einem Stoß auf den Arm 23 mittels der Rolle 26, die aus einem Kugellager mit dem Radius u gebildet wird, das sich linear abhängig von der Zeit in Richtung HoZ bewegt und einen Winkel 7 in bezug auf eine Parallele zuf1 Richtung der Normalen für den Wert j * O der Drehung bildet, d.h. für den zentralen Fleck (^ » o).The simple movement described results from an impact on the arm 23 by means of the roller 26, which is formed from a ball bearing with the radius u, which moves linearly as a function of time in the direction HoZ and an angle 7 with respect to a parallel to 1 Forms the direction of the normal for the value j * O of the rotation, ie for the central spot (^ »o).
Um ein genaues Maß der Wellenlänge zu erhalten; genügt Ö5 es nach der Gleichung (13), daß der WeH; Voll sin f* t den man durch eine Verschiebung Xi^JX *» M * a 1 k t (mit Sl0 H9 * al und OH - 1) erhält # tiittä Üit6at*6 Pühktiöh **· de* Zeit ist.To get an accurate measure of the wavelength; If Ö5, according to equation (13), it is sufficient that the WeH; Voll sin f * t which is obtained by a shift Xi ^ JX * »M * a 1 kt (with Sl 0 H 9 * al and OH - 1) # tiittä Üit6at * 6 Pühktiöh ** · de * time is.
Es kann leicht gezeigt werfen* daßIt can easily throw shown * that
O OO O
V - a cos J fkt+(l-kt)(l-cos J )] ■ V - a cos J fkt + (l-kt) (l-cos J)] ■
J " 1 + a (1-kt) sin \f J "1 + a (1-kt) sin \ f
Die Funktion sin ist im allgemeinen eine komplexe Funktion. Dennoch stellt man fest, daß bei dem speziellen Wert
t = -~— = t. , V-den Wert y, annimmt und sin V*. = a cos ψ =·
- Ji- k t
" / 1The function sin is generally a complex function. Nevertheless, it is found that at the special value t = - ~ - = t. , V-takes the value y, and sin V *. = a cos ψ = · - Ji- kt
" / 1
Für diesen Wert t-, von t wird die Wellenlänge exakt gemessen (Wirkung der Rollenlagerung). ·For this value t-, of t the wavelength is measured exactly (Effect of roller bearings). ·
Bei Realisierung der zusätzlichen Bedingung bei' sin y = -j- tgjjp^f 1, d.h. für kleine Werte von ^ und kleine Werte des Verhältnisse -j-, kann man schreiben:When realizing the additional condition at 'sin y = -j- tgjjp ^ f 1, i.e. for small values of ^ and small values of the ratio -j-, one can write:
[l + a(l- kt) sin ψ J ^1 = 1 - a(l- kt) sin ψ Daraus folgt ■ ■ . [l + a (l- kt) sin ψ J ^ 1 = 1 - a (l- kt) sin ψ From this it follows ■ ■.
sin V' = a cos j kt + b - -^r- kt + b b=a (1-kt cos J /"(1-a sin f )(l-cos ^ )-a kt sin f' cossin V '= a cos j kt + b - - ^ r- kt + b b = a (1-kt cos J / "(1-a sin f) (l-cos ^) -a kt sin f' cos
Es wird also ein nichtlinearer Begriff b eingeführt. Für einen beschränkten Spektralbereich, d.h. für kleine Werte von kann man b vereinfachen durch de AnnäherungSo a non-linear term b is introduced. For a limited spectral range, i.e. for small values from one can simplify b by approximation
1 _ cos -1 _ cos -
.- So ,nimmt die Funktion sin γ die folgende Form an: sin ψ = X + 0,5 X (X1-X) (1-X3^gQ) (X-X,).- So, the function sin γ takes the following form: sin ψ = X + 0.5 X (X 1 -X) (1-X 3 ^ gQ) (XX,)
mit ^ X= -j- kt x with ^ X = -j- kt x
xi = T" x i = T "
1-X1 tg θ1-X 1 tg θ
309843/0768309843/0768
- 56 -- 56 -
Die Wellenlänge wird also genau gemessen für;The wavelength is measured precisely for;
= 0= 0
--f- JL--f- JL
Als praktisches Beispiel, wenn man υ einen Wert von 15 mm gibt, / einen Wert von 300 mm und ^f einen Wert von 4°, dann kann man über einen Bereich von 3200 A eine Genauigkeit erzielen von +1 R. As a practical example, if you give υ a value of 15 mm / a value of 300 mm and ^ f a value of 4 °, then you can achieve an accuracy of +1 R over a range of 3200 A.
Es ist also ersichtlich, daß der sehr einfache Mechanismus, wie er beschrieben worden ist, es gestattet, die Gitterdrehung auszunutzen, um eine ziemlich genaue Angabe des Wertes der Wellenlänge zu erhalten.So it can be seen that the very simple mechanism as has been described, it allows the grid rotation to be exploited to be a fairly accurate indication of the value of the wavelength.
Nachstehend werden im einzelnen die Fälle zweier Gitter untersucht, nämlichIn the following, the cases of two grids will be examined in detail, viz
R1 (Radius R - 500 mm, N = I83I, 8 Striche/mm) R2 (Radius R = 500 mm, N = 1221, 2 Striche/mm) Die entsprechenden Aufbauten wurden mit geraden Schlitzen von 10 mm Höhe und einer Breite vonR 1 (radius R - 500 mm, N = I83I, 8 lines / mm) R 2 (radius R = 500 mm, N = 1221, 2 lines / mm) The corresponding structures were made with straight slots 10 mm high and wide from
= f für den Eingangsschlitz und = f' für den Ausgangsschlitz = f for the entrance slot and = f 'for the exit slot
COS 15 *^w>COS 15 * ^ w>
für eJLnfache Monochromatoren und solche mit Mehrfachausgängen versehen.for single monochromators and those with multiple outputs Mistake.
Bei den einfachen Monochromatoren hat man zuerst die Resultate und Bedingungen gemäü dem STREHL-Kriterium geprüft.With the simple monochromators you first have the results and conditions according to the STREHL criterion checked.
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Die Werte von e und e1 sind in Fig. 5' in Abhängigkeit von θ dargestellt. Man sieht, daß sie wesentlich vom Wert N abhängen. Wenn man aber den Krümmungsradius verdoppelt, ändern sich die Werte von.2 und e' praktisch nicht.The values of e and e 1 are shown in FIG. 5 'as a function of θ. It can be seen that they essentially depend on the value N. But if you double the radius of curvature, the values of 2 and e 'practically do not change.
Bei einer gestrichelten Höhe von 25 mm liegen die Werte von W zwischen 10 und 14 mm für Änderungen von θ zwischen 6 und 45° und einer Bezugswellenlänge von 750 ä. Es sei daran erinnert, daß das STREHL-Kriterium in der Tat für jeden Wert vonK andere Werte von W angibt. Für eine praktische Durchführung wählt man einen mittleren Wert entsprechend einem bestimmten Wert der Wellenlänge. Man wird feststellen, daß der STREHL-Test jenseits von θ - 50° für die betrachtete gestrichelte Höhe unzureichend ist, und daß unterhalb von 9=6° die Werte von e1 (Aufbauten Fig. 3„> 3^) oder von/(AufbautenWith a dashed height of 25 mm, the values of W are between 10 and 14 mm for changes in θ between 6 and 45 ° and a reference wavelength of 750 ä. It should be remembered that the STREHL criterion is indeed for any value of K indicates other values of W. For a practical implementation one chooses an average value corresponding to a certain value of the wavelength. It will be found that the STREHL test beyond θ - 50 ° is inadequate for the dotted height considered, and that below 9 = 6 ° the values of e 1 (structures Fig. 3 "> 3 ^) or of / ( Superstructures
a Qa Q
Fig. 3]-» 3c) zu hoch sind, um zu praktischen Durchführungen zu führen. Die Fig. 6 gibt den Wert ρ ~ f (Θ) für das Gitter R-, und die verschiedenen Anordnungen. Die ausgezogene Kurve zeigt R /1,54, wobei der breite Strich den Bereich θ bestimmt, für den die Grenzauflösung R in einem Spektralbereich von 200 bis 3200 R erreicht wird. Bei den Anordnungen der Fig. 3 und ~0>A Fig. 3] - »3 c ) are too high to lead to practical implementations. Fig. 6 gives the value ρ ~ f (Θ) for the grid R-, and the various arrangements. The solid curve shows R / 1.54, with the broad line determining the range θ for which the limit resolution R is achieved in a spectral range from 200 to 3200 R. In the arrangements of Fig. 3 and ~ 0> A
CSCS CSCS
erstreckt sich der Bereich etwa von 32 bis 36 30', während er sich bei Fig. 3. und 3 von 26° bis 36° erstreckt. Bei Gitter Rp liegt der Bereich θ zwischen 30° und 40° für die Aufbauten Fig. 3 und Fig. 3,.the range extends approximately from 32 to 36 30 ', while it extends in Fig. 3 and 3 from 26 ° to 36 °. In the case of the grid Rp, the range θ lies between 30 ° and 40 ° for the structures Fig. 3 and Fig. 3 ,.
a eta et
DieJBedingung 12 begrenzt also den möglichen Bereich für den Winkel Θ, der im übrigen den Werten von e und e1 -30 entspricht, die vollkommen mit der handlichen Realisierung eines Monochromator vereinbar sind.The condition 12 thus limits the possible range for the angle Θ, which otherwise corresponds to the values of e and e 1 -30, which are completely compatible with the handy realization of a monochromator.
Wenn man sich mit einem Auflösungsvermögen in derIf you deal with a resolution in the
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Größenordnung von 5000 begnügt, dann können die Anordnungen von Fig. 3 und Fig. ]5. (Gitter R1) zwischen 27 30' und 39 30', die beiden anderen zwischen etwa 20 30' und 39 verwendet werden.If the order of magnitude of 5000 is sufficient, then the arrangements of FIG. 3 and FIG. (Grid R 1 ) between 27 30 'and 39 30', the other two between about 20 30 'and 39 are used.
Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß die Verwendung* des Gitters R1 mit einer optimalen gestrichelten FlächeIn summary, it can be said that the use * of the grid R 1 with an optimal dashed area
2
von 11 χ 25 mm es gestattet, ein Grenz-Auflösungsvermögen
von 7 500 für 26°< θ <36°30' zu erhalten. Doch· ist es aus Gründen der Helligkeit vorzuziehen, einen Gütefaktor
Q in Erwägung zu ziehen.2
of 11 χ 25 mm makes it possible to obtain a limit resolution of 7,500 for 26 ° <θ <36 ° 30 '. However, it is preferable to consider a figure of merit Q for reasons of brightness.
Daher werden die Ergebnisse und Bedingungen gemäß dem Gütefaktor Q untersucht.Therefore, the results and conditions are examined according to the figure of merit Q.
Die Berechnung zeigt, daß die Werte von e und e' nach Fig. 5 für W = 30 mm und L = 5^ mm (f - 1,8) praktisch noch gültig sind. Das Grenz-Auflösungsvermögen R für die verschiedenen Werte von ^ ist in Fig. 7 in Abhängigkeit von θ für die beiden ausgewählten Wellenlängen λ, und Af dargestellt. Ihre Werte ergeben ÖA inst, minim, in dem betrachteten Spektralbereich. Für § = 1,8 und für θ zwischen 6 und 50 wäre das praktische Grenz-Auflösungsvermögen 300 bis 750 R und 8000 bis 2500 R, Wie vorher wird der Gültigkeitsbereich durch den gewünschten Wert von R begrenzt. Wenn man die vorstehenden Werte erhalten will, zeigen die Berechnungen, daß das Intervall von θ einerseits wächst, wenn man von der Anordnung der Fig. 3k zur Anordnung der Fig. 3Q übergeht, und anderer-The calculation shows that the values of e and e 'according to FIG. 5 for W = 30 mm and L = 5 ^ mm (f - 1.8) are still practically valid. The limit resolving power R for the various values of ^ is shown in FIG. 7 as a function of θ for the two selected wavelengths λ and Af. Their values result in ÖA inst, minim, in the observed spectral range. For § = 1.8 and for θ between 6 and 50 the practical limit resolving power would be 300 to 750 R and 8000 to 2500 R. As before, the range of validity is limited by the desired value of R. If one wishes to obtain the above values, the calculations show that the interval of θ on the one hand increases when 3k Q 3 changes from the arrangement of Fig. For the arrangement of Fig., And on the other
O elO el
seits~mitf . Für § = 1,8 kann das Gitter R verwendet werden für Werte von θ zwischen 22° und 40° und Gitter Rg zwischen etwa 20 und 50 . Zusammengefaßt: die Verwendung des Gitters R1 mit einer optimalen gestrichel-on the other hand ~ mitf. For § = 1.8 the grid R can be used for values of θ between 22 ° and 40 ° and grid Rg between about 20 and 50. In summary: the use of the grid R 1 with an optimal dashed
ten Fläche von 30 χ 5^ mm erlaubt es, ein Grenz-Auflösungsvermögen zwischen etwa 3000 und 8000 zu erhalten, 309843/0768 th area of 30 χ 5 ^ mm allows a limit resolution between about 3000 and 8000 to be obtained, 309843/0768
. für 22° 4θ£4θ°. Bei gleicher Auflösung erweist sich die zweite Lösung als viel interessanter, weil sie einem Helligkeitsgewinn mit einem Faktor 5,9 entspricht.. for 22 ° 4θ £ 4θ °. With the same resolution it turns out the second solution as much more interesting because it corresponds to a brightness gain with a factor of 5.9.
Aus diesen letztgenannten Feststellungen, basierend auf der Verwendung des Selektionskrlteriüms ρ = f (θ)» geht hervor, daß die Anordnung von Fig. 3e allein aufrecht-These latter findings, based on the use of Selektionskrlteriüms ρ = f (θ) "shows that the arrangement of Fig. 3 e alone main-
etet
erhalten werden soll und daß es eine Grenze des Bereiches θ gibt, die im wesentlichen vom gewünschten Wert Ris to be obtained and that there is a limit to the range θ substantially different from the desired value R
■ P ··■ P ··
abhängt. Letztere wird für jeden Wert von θ zwischen" 22° und 40° bei Gitter R1 und 20° und 50° bei Gitter Rp maximal sein.depends. The latter will be a maximum for any value of θ between "22 ° and 40 ° for grid R 1 and 20 ° and 50 ° for grid Rp.
Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Werte der Parameter W, L, e und e' für die Gitter R-. und R2 und die
beiden besonderen Werte von θ
15The following table shows the various values of the parameters W, L, e and e 'for the grids R-. and R 2 and the two particular values of θ
15th
0 L.
0
OW.
O
0 L.
0
Die Vorteile eines solchen Fokussierungsverfahrens sind zahlreich: In optischer Hinsicht: die maximalen Leistungen des Gitters in diese Anordnung können erreicht werden? die einfallenden und gebrochenen Bündel sind fest, und es ist also möglich, vor oder hinter den Schlitzen eine zusätzliche Optik anzubringen, deren Achse nicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge geändert werden muß.The advantages of such a focusing method are numerous: From an optical point of view: the maximum performance of the grid in this arrangement can be achieved? the collapsing and broken bundles are firm, so it is possible to place one in front of or behind the slits to attach additional optics whose axis is not dependent must be changed by the wavelength.
In mecharischer Hinsicht: Eine einfache Rotation ist immer" -" leichter durchzuführen als eine Translation, besonders dann, wenn die Toleranzen des Parallelismus eng sind* wie es bei den Beugungsgittern der Fall ist. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Aufbau dann günstig, wennIn mechanical terms: A simple rotation is always " - "Easier to do than a translation, especially when the tolerances of the parallelism are tight * as is the case with the diffraction gratings. In particular the structure according to the invention is favorable when
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Gitter mit großen Krümmungsradien verwendet werden.Grids with large radii of curvature can be used.
Da die Wellenlänge ^ = 2 cos θ sin· ^/N direkt proportional zu sin Γ 1st, ist die direkte Ablesung des Wertes der Wellenlänge angenehm. Bei denjenigen Anordnungen, bei denen der Wert θ bei einer Verschiebung des Gitters nicht in Abhängigkeit von X konstant ist, ist dies nicht der Fall. Diese Art von Monochromator kann also zu einem geringen Gestehungspreis realisiert werden.Since the wavelength ^ = 2 cos θ sin · ^ / N is directly proportional to sin Γ 1st, the direct reading of the value of the wavelength is pleasant. This is not the case with those arrangements in which the value θ is not constant as a function of X when the grating is shifted. This type of monochromator can therefore be realized at a low cost price.
Die Spektrometer, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, sind von besonderem Interesse für den Spektralbereich zwischen 20 und 3 000 Ä5, selbst wenn sie vom äußersten Ultraviolett bis zum entfernten Infrarot verwendet werden können. In dem Spektralbereich des entfernten Violett verlangen die Absorptionserscheinungen einerseits, daß man im Vakuum arbeitet, und andererseits, daß keine strahlenbrechenden Materialien verwendet werden, die unterhalb von 1100 A nicht mehr durchlässig sind. Infolge der relativ geringen Werte der Reflektionsvermögen ist die Verwendung des Konkavgitters, durch die gleichzeitig die Beugung und die Fokussierung von elektromagnetischen Strahlen gewährleistet sind, besonders in diesem Spektralbereich interessant.The spectrometers, operating according to the process of this invention are, even if they can be used from the extreme ultraviolet to the far infrared of particular interest for the spectral range 20-3000 Å. 5 In the spectral range of the distant violet, the absorption phenomena require, on the one hand, that one works in a vacuum and, on the other hand, that no refractive materials are used which are no longer permeable below 1100 Å. As a result of the relatively low reflectivity values, the use of the concave grating, which simultaneously ensures the diffraction and focusing of electromagnetic rays, is of particular interest in this spectral range.
Bei Monochromatoren mit mehrfachen Ausgängen,, d.h. mit einer festen Richtung des einfallenden Bündels und mehreren festen Richtungen, die gleichzeitig verschiedene Wellenlängen liefern, kann man sicherstellen, daß: a) dte gleichzeitige Realisierung von zwei verschiedenenFor monochromators with multiple outputs, i.e. with a fixed direction of the incident beam and several fixed directions that are different at the same time Supply wavelengths, one can ensure that: a) the simultaneous realization of two different
Versuchstypen mit hohem Auflösungsvermögen in einem "* gleichen Spektralbereich möglich ist, b) die gleichzeitige Durchführung desselben Versuches mit variabler Auflösung in verschiedenen Spektralbereichen möglich ist, und daßTest types with high resolution in a "* same spectral range is possible, b) the simultaneous execution of the same experiment with variable resolution in different spectral ranges is possible and that
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- .41 -"- .41 - "
c) gleichzeitig fotometrische Messungen in unterschiedlichen Spektren möglich sind.c) simultaneous photometric measurements in different spectra are possible.
a - Die Untersuchung der Kurven der Fig. 5 zeigt, daß zwei Werte von 9 einem Wert von e entsprechen. Für diese beiden Werte kann eine gute Auflösung erreicht werden, wenn die Werte der Bildabstände diejenigen sind, die durch die Kurve e' = f (9) gegeben sind. Wenn eine Auflösung von 0,3 R verlangt wird (Gitter R1 in der Anordnung der Fig. 3a), kann bei einem Objektabstand von 0,82 R dieser Objektabstand zwei Ausgängen entsprechen, einem bei einem Winkel von 2 9= 44° (r1 = 1,08 R) und dem anderen bei einem Winkel von 2 9= 68° (r' = 0,84 R).a - Examination of the curves of Fig. 5 shows that two values of 9 correspond to one value of e. A good resolution can be achieved for these two values if the values of the image distances are those given by the curve e '= f (9). If a resolution of 0.3 R is required (grid R 1 in the arrangement of Fig. 3a), with an object distance of 0.82 R, this object distance can correspond to two outputs, one at an angle of 2 9 = 44 ° (r 1 = 1.08 R) and the other at an angle of 2 9 = 68 ° (r '= 0.84 R).
b - Wenn man für das Gitter R, im Aufbau nach Fig. 3a einen Objektabstand r = Re gleich 0,81 R nimmt, kann man 9 wählen, um einen Spektralbereich von 80 bis -3400 R für die Werte dd e, e', 9 wie folgt zu erhalten:b - If one takes an object distance r = Re equal to 0.81 R for the grating R, in the structure according to Fig. 3a, one can choose 9 to obtain a spectral range from 80 to -3400 R for the values dd e, e ', 9 as follows:
gestricheltedashed
Fläche 30 χ 54 mm2 9 =. l4° 9 = 35° θ = 75°Area 30 χ 54 mm 2 9 =. l4 ° 9 = 35 ° θ = 75 °
_ _ , o,8l 0,81 0,81_ _, o.8l 0.81 0.81
e1 - ■ . 1,391 0,833 0,4203e 1 - ■. 1.391 0.833 0.4203
mittlere Auflösung 5 R 0,3 R 5 R medium resolution 5 R 0.3 R 5 R
Spektral- 1500-4300 R 500-3000 R 80-750 R bereichSpectral 1500-4300 R 500-3000 R 80-750 R range
c-Im Falle von fotometrischen Reflektions- oder Plarisationsmessungen ist eine Auflösung von einigen R c-In the case of photometric reflection or polarization measurements, a resolution of a few R
20- annehmbar. Dagegen ist es sehr oft vorteilhaft, diese Messungen in einem großen Bereich von Wellenlängen durchzuführen, was tatsächlich die Verwendung von zwei, verschie-20- acceptable. On the other hand, it is very often beneficial to have this Make measurements in a wide range of wavelengths, which actually requires the use of two different
^, denen Aufbauten mit unterschiedlichen schwer vergleichbaren Charakteristiken verlangt. Das Gitter R, im Aufbau von Fig. 3a kann zwischen I500 und 4300 R arbeiten, ' wenn 2 9= 29° (r* = 1,44 R) und zwischen 200 und 2000 R, wenn 2 9= 100° (r = 0,518 R), bei einem einzigen Objekt- ^, which requires structures with different characteristics that are difficult to compare. The grid R, in the structure of Fig. 3a, can work between 1500 and 4300 R , 'if 2 9 = 29 ° (r * = 1.44 R) and between 200 and 2000 R, if 2 9 = 100 ° (r = 0.518 R), for a single object
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abstand gleich 0,77 R. Außerdem kann sich ein ähnlicher Aufbau als interessant erweisen, einerseits für die Messung der Gitterleistung in Abhängigkeit von der Interferenzordnung und andererseits fUr die Eichung der Quellen und Empfänger.distance equal to 0.77 R. In addition, a similar structure can prove to be interesting, on the one hand for the Measurement of the grating power as a function of the interference order and, on the other hand, for the calibration of the sources and recipient.
Da die Werte von e im Aufbau 3a (oder 3d) gleich denjenigen von e1 im Aufbau 3b (oder 3c) und reziprok gegenüber e1 sind, kann man auf gleiche Weise einen Aufbau mit zwei Eingängen und einem Ausgang realisieren.Since the values of e in structure 3a (or 3d) are equal to those of e 1 in structure 3b (or 3c) and are reciprocal to e 1 , a structure with two inputs and one output can be implemented in the same way.
Wenn die auf dem ersten Bündel beobachtete WellenlängeIf the wavelength observed on the first beam
beträgt, muß diejenige auf dem zweiten Bündel in diesem Fallethe one on the second bundle must in this case
K2 /( 2 = 2 sin Jf cos ©2/N = K1A1COS Og/eos Q1 betragen. Eine Wellenlänge 4 kann in der Ordnung 1 (K1 β 1) und in der Ordnung 2 (Kp= 2) gleichzeitig beobachtet werden, wenn cos θ? = 2 cos Θ, . Die Verwendung des Gitters fU im Aufbau von Fig. 3a, mit einem Objektabstand r =0,6 R erlaubt die Realisierung dieser Bedingung, wenn ungefähr θ ^» 60° 45' (r1 = O,38r), und wenn Q2 = 4° (r1 = 2,1 R) ist, wobei lediglich ein breites durchgehendes (Frequenz-)Band (^ 10 i?) erforderlich ist.K 2 / (2 = 2 sin Jf cos © 2 / N = K 1 A 1 COS Og / eos Q 1. A wavelength 4 can be in order 1 (K 1 β 1) and in order 2 (Kp = 2 ) can be observed simultaneously when cos θ ? = 2 cos Θ,. The use of the grating fU in the structure of Fig. 3a, with an object distance r = 0.6 R allows the realization of this condition when approximately θ ^ » 60 ° 45 '(r 1 = 0.38r), and if Q 2 = 4 ° (r 1 = 2.1 R), where only a wide continuous (frequency) band (^ 10 i?) is required.
In dem in den Fig. 9, 9a, 9b, 9b' dargestellten Beispiel ruht der Monochromator auf einem Vakuumständer, der eine -». Platte A trägt, auf der die verschiedenen Elemente gemäß Fig. 9 bis 9b' angeordnet sind. Fig. 9 zeigt insbesondere die Anbringung eines Gitters von 50Ö Mn, jedoch ist das Aufbauprinzip der verschiedenen in den Fig. 9 bis 9b1 dargestellten Elemente für jeden anderen Wert von R gUl-In the example shown in FIGS. 9, 9a, 9b, 9b ', the monochromator rests on a vacuum stand which has a - ». Plate A carries on which the various elements according to FIGS. 9 to 9b 'are arranged. Fig. 9 shows in particular the attachment of a grating of 50Ö Mn, but the construction principle of the various elements shown in Figs. 9 to 9b 1 is for every other value of R gUl-
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tig, -wobei es sich versteht, daß in jedem Fall die Lage des Schlitzes auf den festen Abstand und für den beabsichtigten Winkel 2Θ eingestellt ist.tig, - it being understood that in each case the situation of the slot is set to the fixed distance and for the intended angle 2Θ.
Auf der Platte A sind einerseits ein Zentralblock 1, in dem das Konkavgitter R ruht, und das Rotationssystem 5 (Fig. 9a und 9b) montiert, sowie andererseits die Blöcke 4 und 4f mit dem Eingangsventilschlitz und dem Ausgangsventilschlitz. Die Blöcke 4 und 4' sind mit Block 1 durch Rohre 5 verbunden, welche mit Balgmembranen 6 versehen sind, z.B. von Tombac. Die Verbindung ist vakuumdicht und ermöglicht die Einstellung der Lage der Schlitze. Die Blöcke 4 und 4' können seitlich und in Richtung des Gitters verschoben werden, wobei sie in Führungen geführt sind,,die auf der Platte A angeordnet sind. Die Führungen haben eine Markierung, dieOn the plate A on the one hand, a central block 1, in which the concave grating R rests, and the system of rotation 5 (Fig. 9a and 9b) are mounted, and on the other hand, the blocks 4 and 4 f to the input of valve slit and the exit valve slit. The blocks 4 and 4 'are connected to block 1 by pipes 5 which are provided with bellows diaphragms 6, for example from Tombac. The connection is vacuum-tight and allows the position of the slots to be adjusted. The blocks 4 and 4 'can be moved laterally and in the direction of the grid, being guided in guides which are arranged on the plate A. The guides have a mark that
durch geeignete optische Mittel mit den Markierungen . auf den Blöcken 4 und 4' in Übereinstimmung gebrachtby suitable optical means with the markings. matched on blocks 4 and 4 '
wird. In jedem Block 4 und 4'. sind Schlitze fester Brei-■ te vorgesehen, die in einem Rohr eingebaut sind, das die Einstellung der Schlitze beim Drehen ermöglicht. Dabei erfolgt die endgültige Blockierung durch eine Gruppe von gegeneinander wirkenden Schrauben.will. In each block 4 and 4 '. are slits of solid pulp te provided, which are built into a tube that allows adjustment of the slots when rotating. Included the final blocking is done by a group of opposing screws.
In Fig. 9a sieht man, daß der Block 2, der in dem Zentralblock 1 durch Mutternschrauben befestigt ist, ein konisches Teil 11 aufweist,' das mit seiner Axialbohrung, deren Achse 12 die Drehachse des Gitters R ist, vertikal ausgerichtet ist. An ihrem unteren Ende ist die Achse 12 fest mit dem Gitter R verbunden, das auf einem Lager 15 ruht, welches mit den geeigneten Mitteln am Block 2 befestigt ist. Die Achswelle 12 wird mittels einer Gruppe von Kugellagern in einer genau definierten Richtung gehalten. Das erste Kugellager 14 ist auf die Drehr achse gepreßt, durch eine Schulter 15 der Welle in Position gehalten und durch ein Teil 6 gegen·eine Innen-In Fig. 9a it can be seen that the block 2, which is fixed in the central block 1 by nut screws, has a conical part 11, 'which is vertically aligned with its axial bore, the axis 12 of which is the axis of rotation of the grid R. At its lower end, the axis 12 is firmly connected to the grid R which rests on a bearing 15 which is fastened to the block 2 by suitable means. The axle shaft 12 is held in a precisely defined direction by means of a group of ball bearings. The first ball bearing 14 is pressed onto the rotation axis r, held by a shoulder 15 of the shaft in position and with a part 6 with respect an inner
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_ 44 -_ 44 -
schulter 17 des konischen Teiles 11 gedrückt. Das zweite Kugellager 18 wird innerhalb des Stückes 11 von einer Schulter 19 und einer Schulter 20 der Welle durch zwei Zwischenstücke 21 gehalten, wobei die Klemmung durch eine Einheit mit Schraube und Bremse 22 erfolgt.shoulder 17 of the conical part 11 pressed. The second ball bearing 18 is within the piece 11 of a Shoulder 19 and a shoulder 20 of the shaft held by two intermediate pieces 21, the clamping by a unit with screw and brake 22 takes place.
Das freie Ende der Achse 12 ragt über den Komplex 2 hinaus und trägt einen horizontalen Arm 23, der fest auf der Welle sitzt, und dessen Rolle noch beschrieben wird.The free end of the axis 12 protrudes beyond the complex 2 and carries a horizontal arm 23 which is fixedly seated on the shaft, the role of which will be described.
Der Arm 23 verläuft parallel zur Tangente im Oitterscheitel R (Fig. 9 und 9b1), man kann ihm Jedoch auch jede andere gewünschte oder vorteilhafte feste Richtung in bezug auf das Gitter geben. Eine fest mit der Platte A verbundene Druckvorrichtung 24 trägt eine Antriebsvorrichtung 25, um die Verschiebung einer Rolle 26 entlang der Drückerachse vorzunehmen. Die Rolle, die insbesondere ein Kugellager sein kann, ist auf dem Arm 23 mittels eines Gleitstückes montiert, so daß man den Abstand Ji zwischen dem Gitterscheitel, der durch die Mitte der Achswelle 12 und die Mitte der Rolle verkörpert ist, verstellen kann. Die Rolle ist auf eine der Erzeugenden des horizontalen Achszylinders 27 aufgesetzt, der senkrecht zur Richtung der Verschiebung der Druckvorrichtung verläuft. Der Kontakt zwischen der Rolle und dem Zylinder ist durch eine RUckzugsfeder 28 sichergestellt, die :The arm 23 runs parallel to the tangent in the oitter apex R (FIGS. 9 and 9b 1 ), but it can also be given any other desired or advantageous fixed direction with respect to the grid. A printing device 24 firmly connected to the plate A carries a drive device 25 in order to move a roller 26 along the axis of the printer. The roller, which can in particular be a ball bearing, is mounted on the arm 23 by means of a slider, so that the distance Ji between the lattice apex, which is embodied by the center of the axle shaft 12 and the center of the roller, can be adjusted. The roller is placed on one of the generatrices of the horizontal axis cylinder 27, which runs perpendicular to the direction of displacement of the printing device. The contact between the roller and the cylinder is ensured by a return spring 28 which:
auf den Arm 23 einwirkt. Unter diesen Bedingungen erteiit die Verschiebung der Rolle 26 auf einer der Erzeugenden des Zylinders 27, dessen Verschiebung durch den Drücker 24 bewirkt wird, dem Arm 23 eine Drehung, die den Durchgang der Wellenlängen entlang· des Ausgangsschlitzes gestattet.acts on the arm 23. Under these conditions, the movement of the roller 26 takes place on one of the generators of the Cylinder 27, the displacement of which is effected by the pusher 24, the arm 23 a rotation, which the passage of the wavelengths along the exit slit.
Außerdem kann man so mit ziemlicher Genauigkeit die Wellenlänge k messen, die sich wie folgt ausdrückt. In addition, one can measure the wavelength k , which is expressed as follows, with a fairly high degree of accuracy.
- 45 -309843/0768- 45 -309843/0768
cos θρ sinr cos θ ρ sin r
Nach dieser Gleichung 33 ist die Wellenlänge nur eine lineare Punktion der Zeit, wenn man den Wert von sinj^(t) durch Messung der Verschiebung D eines Drückerorganes erhalten kann. Diese Verschiebung kann leicht zeitproportional gemacht werden, wenn die Geschwindigkeit des Motors,der mit dem Stößel verbunden ist, konstant bleibt (D = vt). Man sieht also in Fig. 9b1, daß bei einer Drehung des Armes 23 die Verschiebung D= CoC'=C'oe des Zylinders 27 in Richtung senkrecht zum Arm 23 den folgenden V/ert hat:According to this equation 33, the wavelength is only a linear puncture of time if the value of sinj ^ (t) can be obtained by measuring the displacement D of a pusher element. This shift can easily be made time-proportional if the speed of the motor connected to the ram remains constant (D = vt). It can be seen in Fig. 9b 1 that when the arm 23 is rotated, the displacement D = C o C '= C' o e of the cylinder 27 in the direction perpendicular to the arm 23 has the following value:
D = H0H= /sin f (t) = vt, (j4) wenn /= OH =' OH. Gleichung 33 kann demnach geschriebenD = H 0 H = / sin f (t) = vt, (j4) if / = OH = 'OH. Equation 33 can be written accordingly
λ (t) - -4j cos θρ -p - Et ' 05) E kann eine ganze Zahl.sein (die man durch entsprechende Wahl des Wertes von £ erhält), was die Auswertung der Aufzeichnungen erleichtert. Im Falle des Gitters mit 1221,2 Strichen/mm, das in der ersten Ordnung arbeitet (K = 1) beträgt der Wert von/, wenn man 10 R in einer Minute bestreichen will, und wenn die Geschwindigkeit ν der Verschiebung des Stößels 24 den Wsrt von 1/5 mm pro Minute hat, abgeleitet von Gleichung /= 317,807 mm. λ (t) - -4j cos θ ρ -p - Et '05) E can be an integer (which can be obtained by choosing the value of £ ), which facilitates the evaluation of the recordings. In the case of the grid with 1221.2 lines / mm, which works in the first order (K = 1), the value of / if one wants to sweep 10 R in one minute and if the speed ν of the displacement of the plunger is 24 den Wsrt of 1/5 mm per minute, derived from equation / = 317.807 mm.
Man sieht also, daß der beschriebene Mechanismus es trotz seiner Einfachheit ermöglicht, die Drehung des Gitters zu verwenden, um ein ziemlich genaues Maß des Wertes der Wellenlänge zu ergeben: eine Genauigkeit in der ^ Größenordnung von einigen zehntel Ä3 kann leicht erzielt werden. ■It can thus be seen that the mechanism described, in spite of its simplicity, makes it possible to use the rotation of the grating to give a fairly precise measure of the value of the wavelength: an accuracy of the order of a few tenths of a 3 can easily be obtained. ■
Nachfolgend sind einige Resultate angegeben, die mit Einfach- und Doppelmonochromatoren erzielt wurden, dieBelow are some results obtained with single and double monochromators that
309843/0768 -"46 -309843/0768 - "46 -
mit den beschriebenen Mechanismen und Eingangs- und Ausgangsspalten fester Breite versehen sind.with the mechanisms described and input and output columns fixed width are provided.
1.) Einfachmonochromatoren 1.) Single monochromators
In den Fig. 10a und 10b sind für die beiden betrachteten Fälle (Tabelle 1) einerseits der Wert f' in Abhängigkeit
von der Wellenlänge und andererseits die Werte der
theoretischen Auflösung ^cTX} und der praktischen Auflösung
S X dargestellt.In FIGS. 10a and 10b, for the two cases under consideration (Table 1), on the one hand, the value f 'as a function of the wavelength and, on the other hand, the values of
theoretical resolution ^ cT X} and the practical resolution SX .
Bei dem Gitter von 500 mm (Fig. 10b), das mit 2Θ = 28
arbeitet, ist der Abstand Zwischenzeit und cfA- vernachlässigbar
für die betrachteten Schiitshöhen, obwohl die öffnung groß ist.With the grid of 500 mm (Fig. 10b), the one with 2Θ = 28
works, the interval between and cfA- is negligible for the heights considered, although the opening is large.
Bei dem Gitter von 400,7 mm (Fig. 10a) beträgt der Abstand, obwohl er zwischen (SA) und oX liegt undIn the case of the grid of 400.7 mm (FIG. 10a), although it is between (SA) and oX, the distance is and
größer ist ( ^ 0,5 ^) nur ungefähr ein Zehntel derlarger is (^ 0.5 ^) only about a tenth that
Grenzauflösung, wobei die so realisierte Anordnung auf f/4... offen ist. Diese öffnung ist für das betrachtete Spektralgebiet sehr groß im Vergleich zu derjenigen der augenblicklichen handelsüblidien Geräte, wo er gleich f/75 ist. Man sieht also, daß es möglich ist, einfache Monochromatoren zu realisieren, bei denenLimit resolution, whereby the arrangement realized in this way is open to f / 4 ... This opening is for the most considered Spectral range very large compared to that of the currently commercially available devices, where it is the same f / 75 is. So you can see that it is possible to realize simple monochromators in which
die einfallenden und gebeugten Bündel fest sind,the incident and flexed bundles are firm,
die Eingangs- und Ausgangsschlitze fest in Lage
und Breite sind, ·the entry and exit slots firmly in place
and width are
das Gitter von einer Drehbewegung durch einenthe grid from a rotational movement through one
Mechanismus angeregt wird, der gleichzeitig die
Wellenlängenmessung ermöglicht.Mechanism is stimulated, which at the same time the
Wavelength measurement enables.
^ Bei einer Drehung V^ des Gitters erhält man am Ausgangsspalt der Breite f'. durchlaufender Bänder OA * deren Länge von f'. abhängt, und deren Intensitätsmaximum in Richtung ß + A ß liegt: ^ With a rotation V ^ of the grating one obtains the width f 'at the exit slit. continuous bands OA * whose length is f '. and whose maximum intensity is in the direction of ß + A ß:
309843/0768309843/0768
C^ = cos ß A ß =-(C03 + j f ) —J- = K Ν' was einer Wellenlänge K (/j +/dl ) entspricht.C ^ = cos ß A ß = - (C 03 + j f) —J- = K Ν 'which corresponds to a wavelength K (/ j + / dl).
Praktisch kann man in den Aufbauten mit schwacher Dispersion Δ Λ nicht beobachten, und nach Gleichung 33 be- " obachtet man also bei einer gegebenen DrehungΫ- des Gitters Wellenlängen A,-^- >~4r- erster, zweiter und dritter Ordnung. Es ergibt sich also eine überlagerung der Ordnungen in der Ebene des Ausgangsschlitzes» Diese Erscheinung, die bekannt ist, kann einzig und allein vermieden werden entweder durch Verwendung von Filtern oder durch einen Aufbau, der eine Vorfilterung sicherstellt, d.h. insbesondere mit Doppelmonochromatoren„ In practice one cannot observe Δ Λ in the structures with weak dispersion, and according to Equation 33 one observes wavelengths A, - ^ -> ~ 4r- first, second and third order for a given rotation Ϋ- of the grating This results in a superposition of the orders in the plane of the exit slit "This phenomenon, which is known, can only be avoided either by using filters or by a structure that ensures pre-filtering, ie in particular with double monochromators"
2.) Doppelmonochromatoren 2.) Double monochromators
Da man bei Ultraviolett nur über eine begrenzte Zahl von Filtern verfügt, ist es nötig, um die Ordnungen zu trennen, Doppelmonochromatoren zu realisieren. Dabei . spielt der Ausgangsschlitz S, des ersten Aufbaues die Rolle des Eingangsschlitzes des zweiten. Hierbei offenbart sich deutlich das für die Einfachmonochromatoren an einem solchen Aufbau gezeigte Interesse, bei dem der Zwischenschlitz S^ in Lage und Breit'e fest ist. Man kann also Aufbauten in "Z"-Form realisieren (Fig. 11), wobei man einen Aufbau M, (Fig. 8a)- an einen Aufbau WL (Fig. 8c) anfügt, oder indem man einen Aufbau Mp (Fig. 8b) mit einem Aufbau M. (Fig. 8d) verbindet.Since one has to ultraviolet only a limited number of filters, it is necessary to separate the orders to realize double monochromators. Included . the output slot S of the first structure plays the role of the input slot of the second. This clearly reveals the interest shown for the single monochromators in such a structure in which the intermediate slot S ^ is fixed in position and width. You can therefore implement structures in "Z" shape (Fig. 11), adding a structure M (Fig. 8a) - to a structure WL (Fig. 8c), or by adding a structure Mp (Fig. 8b ) connects to a structure M. (Fig. 8d).
Es ist also möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Doppelmonochromatoren zu bauen, wobei die Trennung " ^ der Ordnungen gewährleistet wird und die spektrale Reinheit erhöht ist. Dabei arbeitet man bei sehr großer Hellig- - keit und erhöhter Auflösung und mit einem Winkel von 2Θ zwischen den beiden beträchtlich unter 70 liegenden Winkeln. Ferner vermeidet man umfangreiche Intensitäts- λ Verluste durch Astigmatismus und Polarisation.It is thus possible to build double monochromators by the inventive process, wherein the separation "^ is ensured of the trims and the spectral purity is increased This is carried out at very high brightness -. Resistance and increased resolution and at an angle of 2Θ between the both angles considerably below 70. Furthermore, extensive intensity λ losses due to astigmatism and polarization are avoided.
309843/0768 _ 48 _309843/0768 _ 48 _
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1972
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Patent Citations (1)
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