DE2600371B2 - Optical arrangement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an optical arrangement according to the preamble of claim 1.
Die bisher bekannten Geräte zum Wählen und Messen einer festen Wellenlänge oder mehrerer diskreter Wellenlängen im nahen UV-Bereich, im sichtbaren Spektrum und im nahen IR-Bereich, insbesondere zur Spektralanalyse einer oder mehrerer Proben auf Emission, Absorption oder Reemission, also Vorrichtungen wie Spektrographen, Spektrophotometer und Spektrofluorimeter, sind verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, störanfällig, schwierig umbaubar und nur durch besonders geschultes Personal zu bedienen.The previously known devices for selecting and measuring a fixed wavelength or several discrete wavelengths in the near UV range, in the visible spectrum and in the near IR range, in particular for the spectral analysis of one or more samples for emission, absorption or re-emission, i.e. Devices such as spectrographs, spectrophotometers, and spectrofluorimeters, are proportionate Complicated, prone to failure, difficult to convert and only accessible by specially trained staff serve.
Es ist wohl eine photoelektrische Schalteinrichtung (vgl. US-PS 36 97 762) mit einer Leuchtdiode und mit einem Lichtsensor bekanntgeworden, die nebeneinander in einem Block aus lichtdurchlässigem Kunststoff angeordnet sind, wobei aber ein zusätzlich vorgesehener, beweglicher Lichtreflektor in den Strahlungsweg des Lichts von der Leuchtdiode einbringbar ist, um einen Teil dieses Lichts zum Lichtsensor für dessen Ein- oder Ausschalten zu reflektieren. Aufgrund desIt is probably a photoelectric switching device (see. US-PS 36 97 762) with a light emitting diode and with a light sensor became known, which are next to each other in a block of translucent plastic are arranged, but with an additionally provided, movable light reflector in the radiation path of the light from the light-emitting diode can be introduced in order to transfer part of this light to the light sensor for its or turn off to reflect. Because of the
ίο verschiebbaren Lichtreflektors fehlen also reproduzierbare definierte Verhältnisse.ίο displaceable light reflector is missing reproducible defined relationships.
Ähnlich ist eine Lichtschranke (also letztlich ebenfalls ein Ein-Aus-Schalter) mit einem Sende- und einem Empfangsteil bekanntgeworden (vgl. DE-OS 22 47 717), bei der optische und elektronische Bauelemente des Sende- und des Empfangsteils auf Leiterplatten angeordnet sind und für den Sende- und den Empfangsteil jeweils eine Optik vorgesehen ist, in deren Brennpunkt ein optisches Bauelement liegt, wobei ein optisches Bauelement und wenigstens ein Teil der elektronischen Bauelemente mit einer durchsichtigein Vergußmasse zu einem Vergußstück umgössen sind, dessen Oberfläche als Optik für das optische Bauelement ausgebaut ist; dabei kann die Vergußmasse ein Kunststoff sein, insbesondere Polymethylmethacrylat.A light barrier is similar (i.e. ultimately also an on-off switch) with a transmitting and a receiving part became known (see. DE-OS 22 47 717), in the case of the optical and electronic components of the transmitter and receiver on printed circuit boards are arranged and an optical system is provided for each of the transmitting and receiving parts, in which Focal point is an optical component, wherein an optical component and at least part of the electronic components are encapsulated with a transparent potting compound to form a potting piece, the surface of which is developed as optics for the optical component; the potting compound can be a Be plastic, especially polymethyl methacrylate.
Beide bekannten Vorrichtungen sind im übrigen keine echten Bausteine, da sie jeweils nur für sich verwendet werden sollen, also nicht mit anderen Bausteinen kombinierbar sind.In addition, both known devices are not real building blocks, since they are only used for themselves should be, i.e. cannot be combined with other modules.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen optischen Baustein zu schaffen, der sich zum Bau von optischen Geräten wie Spektrographen, Spektrophotometern und Spektrofluorimetern eignet, die gegenüber derartigen bekannten Geräten wesentliche Vorteile aufweisen, indem sie unverstellbar, dicht, äußerst roDust und leicht umbaubar sind, obwohl sie einen einstückigen Aufbau haben.In contrast, it is the object of the invention to create an optical module that can be used to build optical devices such as spectrographs, spectrophotometers, and spectrofluorimeters are suitable as opposed to that such known devices have significant advantages in that they are unadjustable, tight, extremely roDust and are easily convertible, although they are of a one-piece construction.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.
4c Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.4c Further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Die Vorzüge der unter Anwendung der Erfindung gebauten Geräte machen diese besonders geeignet zur Untersuchung von Fremdstoffen und zur Anwendung durch nicht besonders ausgebildete Bediener, z. B. für Analysen unmittelbar an der Fertigungsstätte, während dieselbe Analyse mittels eines herkömmlichen Spektrographen in einem Laboratorium durch besonders geschultes Personal vorgenommen werden muß.The merits of the devices built using the invention make them particularly suitable for Examination of foreign substances and for use by unskilled operators, e.g. B. for Analyzes directly at the production site, while the same analysis is carried out using a conventional spectrograph must be carried out in a laboratory by specially trained personnel.
Wie bei der aus der DE-OS 22 47 717 bekannten Anordnung wird vorzugsweise als lichtdurchlässiger
Kunststoff Polymethylmethacrylat eingesetzt, weil es eine Brechzahl hat, die beträchtlich höher als die von
Luft ist, so daß Geräte gebaut werden können, die für dieselbe öffnung einen beträchtlich geringeren Raumbedarf
als Geräte haben, bei denen der einfallende und der gebrochene Strahl sich in Luft anstatt in Kunststoff
ausbreiten.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAs in the arrangement known from DE-OS 22 47 717, polymethyl methacrylate is preferably used as the translucent plastic because it has a refractive index which is considerably higher than that of air, so that devices can be built which have a considerably lower value for the same opening Have space requirements as devices in which the incident and refracted beams propagate in air instead of plastic.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,F i g. 1 is a perspective view of an optical module;
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Bausteins,F i g. 2 is a perspective view of an optical module;
b5 F i g. 3 und 4 die Draufsicht auf zwei andere optische Bausteine,b5 F i g. 3 and 4 the plan view of two other optical ones Building blocks,
Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines Spektrographen mit zwei aufeinandergesetzten optischenFigure 5 is a perspective view of a spectrograph with two optical one on top of the other
Bausteinen,Building blocks,
Fig.6 eine Einzelheit von Fig.5 in größerem Maßstab, undFIG. 6 shows a detail of FIG. 5 in a larger scale Scale, and
F i g. 7 eine Draufsicht eines Spektrofluorimeters mit zwei aneinandergesetzten optischen Bausteinen.F i g. 7 is a top view of a spectrofluorimeter with two juxtaposed optical modules.
Der in F i g. 1 abgebildete Baustein ist ein Parallelepiped-Block 1 aus Methylpolymethacrylat, in dem verschiedene Einsätze vorgesehen sind, nämlich eine Lichtquelle 2, ein Kanal 3 zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe, ein Eintrittsspalt 4, ein Austrittsspalt 5 und ein Empfänger 6. Auf einer Fläche la des Blocks ist ein Beugungsgitter 7 aufkopiert.The in F i g. 1 block shown is a parallelepiped block 1 made of methyl polymethacrylate, in which various inserts are provided, namely one Light source 2, a channel 3 for receiving a sample to be examined, an entry slit 4, an exit slit 5 and a receiver 6. On a surface la des A diffraction grating 7 is copied onto the blocks.
Die Bauteile 4,7 und 5 sind so angeordnet, daß sie eine bestimmte Wellenlänge ausfiltern, so daß das Auftreten dieser Wellenlänge im von der Probe durchgelassenen Licht, also einer für ein nachzuweisendes Element charakteristischen Wellenlänge, durch den Detektor 6 gemeldet wird, der seinerseits ein Nachweissignal abgibt bzw. dieses Signal, z. B. über elektrische Leitungen 8, an eine Anzeigeeinrichtung 9 weiterleitet.The components 4,7 and 5 are arranged so that they a filter out certain wavelengths so that the occurrence of this wavelength is transmitted by the sample Light, that is to say a wavelength characteristic of an element to be detected, through the detector 6 is reported, which in turn emits a detection signal or this signal, z. B. via electrical Lines 8, forwards to a display device 9.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtquelle 10 ebenso wie ein Empfänger 11 außerhalb des Blocks liegt. Dagegen ist ein Lichtleiter 12, z. B. aus Glasfasern, teilweise im Block eingebettet, um das Licht von der Lichtquelle 10 zur zu untersuchenden Probe zu leiten. Ein Beugungsgitter 13 ist in diesem Fall ein konkaves Gitter, das im Block eingebettet ist, und der Block hat an seiner einen Seitenfläche \b einen Austrittsspalt 14, vor dem der Empfänger 11 angeordnet ist. Die Anzahl und die Anordnung der im Block vorgesehenen bzw. einer Fläche von ihm zugeordneten Bauteile hängen vom Anwendungsfall ab.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in which the light source 10, like a receiver 11, is located outside the block. In contrast, a light guide 12, for. B. made of glass fibers, partially embedded in the block to guide the light from the light source 10 to the sample to be examined. A diffraction grating 13 is in this case a concave grating which is embedded in the block, and the block has an exit slit 14 on its one side surface \ b , in front of which the receiver 11 is arranged. The number and arrangement of the components provided in the block or assigned to an area of it depend on the application.
Zum Beispiel sind in F i g. 3 und 4 Ausführungsbeispiele mit mehreren Lichtquellen 15—18, mehreren Aufnahmen 19—22 zur Aufnahme von Proben und mehreren Detektoren 23—26 abgebildet.For example, in FIG. 3 and 4 exemplary embodiments with several light sources 15-18, several recordings 19-22 for receiving samples and several detectors 23-26 are shown.
Gemäß Fig.3 arbeitet der Block als Spektrograph, weil das vom Gitter 27 empfangene Licht von den Proben kommt; der Block von Fig.4 arbeitet als Spektrophotometer, weil die Proben durch monochromatisches Licht beleuchtet werden, das vom Gitter 27 stammt.According to Figure 3, the block works as a spectrograph, because the light received by grating 27 comes from the samples; the block of Figure 4 operates as a Spectrophotometer, because the samples are illuminated by monochromatic light emitted from the grid 27 originates.
Fig.5 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel eines Spektrographen, der aus zwei optischen Bausteinen in Form von Blöcken 28 und 29 gebildet ist, die aufeinandergesetzt sind, wobei die beiden Blöcke verschiedene Wellenlängen ausfiltern.5 shows schematically the embodiment of a spectrograph which is formed from two optical modules in the form of blocks 28 and 29 which are placed on top of one another, the two blocks filtering out different wavelengths.
Um derartige Spektrographen leichter bauen zu können, haben die Blöcke einen solchen Aufbau, daß die öffnungen zur Aufnahme einer Probe übereinanderliegen, um so die Untersuchung einer einzigen Probe, die gleichzeitig in den beiden übereinander'tegenden Öffnungen liegt, zu gestatten. Die einzige Probe ist hier z. B. in einem Rohr 30a enthalten, das von einer Lichtquelle 31a außerhalb der Einheit der beiden Blöcke beleuchtet wird.In order to be able to build such spectrographs more easily, the blocks have such a structure that the openings for receiving a sample are superimposed so as to allow the examination of a single sample which is located simultaneously in the two superimposed openings. The only sample here is z. B. contained in a tube 30a which is illuminated by a light source 31a outside the unit of the two blocks.
Zur Vereinfachung der Abbildung sei angenommen, daß die das Licht zurückführenden optischen Bauteile Gitter 30 und 31 auf den beiden übereinanderliegenden Seitenflächen 28a und 29a der Blöcke sind, und es sei angenommen, daß die durch diese Gitter reflektierten Strahlen von entsprechenden Empfängern 32 und 33 empfangen werden, die sich auf oder nahe von zwei übereinanderliegenden Seitenflächen 286 und 29Z) ίο befinden. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Empfänger an einen einzigen Detektor 34 außerhalb der Blöcke angeschlossen.To simplify the illustration, it is assumed that the optical components returning the light are gratings 30 and 31 on the two superposed side surfaces 28a and 29a of the blocks, and it is assumed that the beams reflected by these gratings are received by respective receivers 32 and 33 that are located on or near two superimposed side surfaces 286 and 29Z) ίο. In the embodiment shown, the receivers are connected to a single detector 34 outside the blocks.
Die öffnung zur Aufnahme der Probe oder eines Rohrs mit der Probe kann jede gewünschte Form haben: falls die Lichtquelle sich auf der Achse der öffnung befindet, ist es zweckmäßig, die öffnung oder das Rohr so auszubilden, daß die Beleuchtung der Probe durch Reflexion erfolgt. F i g. 6 zeigt z. B. ein Rohr 35, dessen Profil 36 diesem Zweck dient. Die Blöcke sind auch vorteilhaft zum Bau von Spektrofluorimetern. F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spektrofluorimeters aus zwei optischen Bausteinen in Form von Blöcken 37 und 38, die nebeneinandergesetzt sind, um hintereinander zu arbeiten. Einer der Blöcke nimmt eine Probe 39 auf, die durch monochromatisches Licht von einem Gitter 40 des Blocks beleuchtet wird, während der andere Block tin Gitter 41 trägt, das das Licht der Probe 39 empfängt, die als Lichtquelle wirkt, wobei das Gitter 41 einen Empfänger 42 beleuchtetThe opening for receiving the sample or a tube with the sample can have any desired shape have: if the light source is on the axis of the opening, it is advisable to use the opening or to design the tube so that the specimen is illuminated by reflection. F i g. 6 shows e.g. B. a pipe 35, whose profile 36 serves this purpose. The blocks are also beneficial for building Spectrofluorimeters. F i g. 7 shows an embodiment of a two optical spectrofluorimeter Building blocks in the form of blocks 37 and 38, which are placed side by side, to one behind the other work. One of the blocks receives a sample 39, which is captured by monochromatic light from a grating 40 of the block is illuminated, while the other block carries a grid 41 which receives the light from the sample 39, which acts as a light source, the grating 41 illuminating a receiver 42
Die Anzahl von Lichtquellen 43, die das Gitter 40 beleuchten, sowie die Anzahl der Empfänger 42, die den vom Gitter 41 gebrochenen Strahl empfangen, können entsprechend der zu erfassenden Wellenlänge variieren. Es können auch Spektrofluorimeter aus zwei Blöcken aufgebaut werden, wobei der eine als Anregungsquelle und der andere als Spektrophotometer arbeiten.The number of light sources 43 that illuminate the grating 40, as well as the number of receivers 42 that the received beam refracted by grating 41 can vary according to the wavelength to be detected. Spectrofluorimeters can also be constructed from two blocks, one as the excitation source and the other work as a spectrophotometer.
Die Probe kann außerhalb der beiden Einrichtungen angeordnet sein.The sample can be arranged outside of the two devices.
Die Lichtleiter wie 12 von F i g. 2 können verwendet werden, um den einfallenden Strahl oder den reflektierten Strahl zu bilden, so daß die Anzahl dieser Lichtleiter vom Anwendungsfall abhängt.The light guides such as 12 of FIG. 2 can be used to form the incident beam or the reflected beam, so the number of these light guides depends on the application.
Vorzugsweise sind die in oder an der Oberfläche der Blöcke verwendeten Gitter holographische konkave Gitter.Preferably the gratings used in or on the surface of the blocks are holographic concave Grid.
Der verwendete Werkstoff ist ein lichtdurchlässiger Kunststoff.The material used is a translucent plastic.
Vorzugsweise wird Methylpolymethacrylat einge-Methyl polymethacrylate is preferably used
setzt, weil es eine Brechzahl hat, die beträchtlich höhersets because it has a refractive index that is considerably higher
als die von Luft ist, so daß Geräte gebaut werden können, die für dieselbe öffnung einen beträchtlichthan that of air, so that devices can be built which have a considerable opening for the same
geringeren Raumbedarf als Geräte haben, bei denen derrequire less space than devices in which the
einfallende und der gebrochene Strahl sich in Luft anstatt in Kunststoff ausbreiten.incoming and refracted rays propagate in air instead of plastic.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (9)
mindestens einem Eintrittsspalt zum Aussondern eines Lichtstrahls aus dem Licht der Lichtquelle,
einem Beugungsgitter,at least one light source,
at least one entry slit for separating a light beam from the light of the light source,
a diffraction grating,
mindestens einem Empfänger hinter dem Austrittsspalt,at least one exit slit for separating out a diffracted light beam and
at least one recipient behind the exit gap,
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |