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Die
Erfindung betrifft allgemein das optische Schalten einer Lichtübertragung,
und mehr im einzelnen das optische Schalten für Lichtleitfasern, beispielsweise
für fotometrische
Instrumente.
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Entwicklungen
in der Verwendung und Vielseitigkeit fotometrischer Instrumente
sowie anderer optischer Vorrichtungen, beispielsweise zur Informationsübertragung,
haben den Bedarf zum Schalten bei der Lichtübertragung erweitert. Ein Beispiel
ist das Schalten für
ein Spektralfotometer.
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Schaltvorrichtungen
enthalten im allgemeinen wenigstens ein bewegliches optisches Element mit
einer Position oder Orientierung, die verändert wird, um von einer Konfiguration
auf eine andere umzuschalten. Eine wichtige Anforderung an Schaltvorrichtungen,
die in spektralfotometrischen Anwendungen verwendet werden, ist
Unempfindlichkeit des Lichtdurchsatzes gegen kleine, unvermeidliche
Bewegungen oder Wackeln, die zu Veränderungen in den relativen
Positionen oder Orientierungen optischer Elemente führen. Jede
Veränderung
im Durchsatz, während
der Schalter sich in einer Einstellung befindet, verursacht eine
fehlerhafte Veränderung
eines gemessenen fotometrischen Wertes. Eine solche Veränderung
im Durchsatz bei dem Wegschalten aus einer gegebenen Einstellung und
Zurückschalten
in diese führt
zu einem Mangel an Reproduzierbarkeit des gemessenen fotometrischen
Wertes.
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In
letzter Zeit sind Lichtleitfasern angepaßt worden auf das Leiten von
Strahlung zu einer von dem Instrument entfernten Lichtübertragungs-Probensonde
und von ihr weg. Die Sonde kann in die Flüssigkeit eingetaucht sein,
wie zum Beispiel beschrieben in dem US-Patent 5,077,481 (Hoult),
um laufende Veränderungen
in der Flüssigkeit
zu überwachen.
Manchmal ist es wünschenswert,
verschiedene Proben mit den gleichen fotometrischen Instrument zu überwachen,
in welchem Fall Umschalten zum Wählen
von Proben oder Sonden erforderlich ist. Es sind verschiedene Arten
optischer Schalter bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 5,056,886
(Hoult) die Verwendung eines konkaven Spiegels zum Umschalten zwischen
Fasern, die in einem Bündel
angeordnet sind, wobei der Spiegel um eine von der optischen Achse
beabstandete Drehachse gedreht wird, um ein Umschalten zu bewirken. Dieser
Schalter erfordert eine genaue Ausrichtung, um den Lichtdurchsatz
aufrechtzuerhalten und zu reproduzieren.
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Drehbare
Periskope zum Umschalten werden in den US-Patenten 4,626,065 (Mori)
und 5,005,934 (Curtiss) gelehrt. Mit Periskopen wird die Ausgangsstrahlung
allgemein in der gleichen Richtung wie die Eingangsstrahlung, aber
seitlich versetzt fortgeführt.
Im Prinzip ist der Durchsatz dieser Periskope relativ unempfindlich
gegen kleine Veränderungen
der Position der Periskopanordnung, aber weist eine gewisse Empfindlichkeit
gegen Drehveränderungen
auf. Ferner benötigt
ein zentraler Motor zum Umschalten Platz, der dem System optische
Weglänge
hinzufügt,
wodurch die Empfindlichkeit gegen Drehveränderungen erhöht wird.
Das US-Patent 4,989,932 (Landa et al.) offenbart einen Multiplexer, der
eine drehbare Trommel umfaßt,
welche ein Paar 45° -Spiegel
enthält,
um den Lichtdurchgang zu einem gewählten Paar Lichtleitfasern
abzulenken und Licht von diesem zurückzuleiten. Dieses System ist empfindlicher
als das Periskop gegen Veränderungen
der Position sowie der Orientierung der beweglichen optischen Elemente.
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Ein
Porro-Reflektor ist einem Periskop ähnlich, abgesehen davon, daß die Zweikomponenten-Reflektoren
derart orientiert sind, daß sie
das Ausgangslicht zu der Eingangsquelle hin zurücklenken. Porro-Reflektoren
sind besonders empfindlich gegen kleine Veränderungen der Drehposition
um eine Achse, die zu der Kante des Porro-Reflektors sowie zu den
Lichtstrahlen senkrecht ist.
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Retroreflektoren
oder Rückstrahler,
insbesondere Corner-Cube-Reflektoren
oder Tripelspiegel-Reflektoren werden in der Optik verwendet, um Licht
in die Ausgangsrichtung hin zurückzulenken. Zum
Beispiel offenbart das US-Patent 4,569,569 (Stewart) einen Koppler
für ein
Lichtleitfasersystem. Mit einer einzelnen Linse zum Übertragen
des Lichtes zu dem Retroreflektor hin sowie von ihm weg wird Licht
zwischen Lichtleitfasern durchgeleitet. Eine Ausführungsform
umfaßt
einen Strahlteiler, wodurch der Retroreflektor zu gewählten Paaren
ausgehender Fasern zum Übertragen
eines geteilten Strahles gedreht werden kann (7 und 8 des Patentes).
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Ein
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen Vorrichtung
für die Übertragung
von Licht, insbesondere zwischen Lichtleitfasern. Ein weiteres Ziel
ist die Schaffung einer solchen Vorrichtung zum Koppeln und Entkoppeln
der Lichtübertragung.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer solchen Vorrichtung zum
Umschalten der Lichtübertragung
zwischen einer Lichtübertragungseinrichtung
und einer aus mehreren anderen ausgewählten Lichtübertragungseinrichtungen. Ein
weiteres Ziel ist die Schaffung einer solchen Vorrichtung, die relativ
unempfindlich ist gegen kleine Bewegungen der beweglichen optischen
Elemente, insbesondere Drehbewegungen. Noch ein weiteres Ziel ist
die Schaffung eines verbesserten optischen Umschaltens zwischen
einem fotometrischen Instrument und gewählten externen Proben durch
die Verwendung von Lichtleitfasern.
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Die
genannten und weitere Ziele werden wenigstens zum Teil erreicht
mit einer optischen Schaltvorrichtung, die mit Übertragungseinrichtungen wie beispielsweise
Lichtleitfasern zum Übertragen
von Strahlung verknüpft
ist. Solche Einrichtungen umfassen eine primäre Übertragungseinrichtung, die
in einem primären
Fenster endet, welches in eine vorbestimmte Richtung entlang einer
primären
Achse weist, und eine sekundäre Übertragungseinrichtung, die
in einem sekundären
Fenster endet, welches in die vorbestimmte Richtung entlang einer
sekundären Achse
weist. Die sekundäre
Achse verläuft
parallel zu der primären
Achse und in seitlichem Abstand von dieser.
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Ein
Paar Linsen steht in Lichtstrahlungsverbindung mit den Übertragungseinrichtungen,
bestehend aus einer primären
Linse und einer sekundären Linse.
Die primäre
Linse weist eine Achse auf, die mit der primären Achse zusammenfällt, und
einen Brennpunkt, der auf der primären Achse bei dem primären Fenster
gelegen ist. Die sekundäre
Linse weist eine Achse auf, die mit der sekundären Achse zusammenfällt, und
einen Brennpunkt, der auf der sekundären Achse bei dem sekundären Fenster
gelegen ist. Ein Retroreflektor, vorzugsweise ein Tripelspiegel-Reflektor,
das heißt,
ein Prisma oder Reflexionsspiegel, befindet sich im Abstand von
den Linsen jedem Fenster gegenüber.
Die optische Achse des Retroreflektors ist parallel zu der primären Achse ausgerichtet.
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Eine
Positioniereinrichtung positioniert den Retroreflektor auf jede
einer Mehrzahl gewählter
Positionen, vorteilhaft durch einen Schrittmotor, der den Retroreflektor
um die primäre
Achse in jede der Mehrzahl gewählter
Positionen dreht. In einer Übertragungsposition
ist die optische Achse des Retroreflektors auf die Mitte zwischen
der primären
Achse und der sekundären
Achse in deren Ebene ausgerichtet, derart, daß die Strahlung zwischen der
primären Übertragungseinrichtung
und der sekundären Übertragungseinrichtung
durch den Retroreflektor über
die Linsen übertragen
werden kann. In einer zweiten Position ist die optische Achse gegen
die Ebene versetzt, so daß im
wesentlichen keine Strahlung zwischen der zentralen Übertragungseinrichtung
und der äußeren Übertragungseinrichtung
passieren kann. Auf diese Weise wird in einem Aspekt der Erfindung
ein EIN-AUS-Schalten zwischen den zwei Übertragungseinrichtungen vorgesehen.
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In
einem bevorzugten Aspekt umfaßt
die Übertragungseinrichtung
wenigstens eine zusätzliche
sekundäre Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
von Strahlung. Jede zusätzliche
sekundäre Übertragungseinrichtung
endet in einem zugehörigen
Fenster, das in die vorbestimmte Richtung entlang einer zugehörigen Achse
parallel zu der primären
Achse weist. Jede zugehörige
Achse weist einen seitlichen Abstand von der primären Achse
auf, der in Radialrichtung dem seitlichen Abstand der sekundären Achse
von der primären
Achse gleich ist. Die zugehörigen
Achsen und die sekundäre
Achse sind bogenförmig
um die primäre
Achse herum angeordnet.
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Mit
jeder zusätzlichen Übertragungseinrichtung
ist eine zusätzliche
Linse verknüpft
mit einer Achse, die mit der zugehörigen Achse zusammenfällt, und
einem Brennpunkt, der auf der zugehörigen Achse bei dem zugehörigen Fenster
positioniert ist. Die Mehrzahl gewählter Positionen des Retroreflektors
umfaßt
für jede
zusätzliche Übertragungseinrichtung
eine zusätzliche Übertragungsposition,
deren optische Achse in der Mitte zwischen der primären Achse
und der zugehörigen
Achse in deren Ebene positioniert ist. Auf diese Weise kann Strahlung
zwischen der primären Übertragungseinrichtung
und der zusätzlichen Übertragungseinrichtung
durch den Retroreflektor über
die primäre
Linse und die zusätzliche
Linse übertragen
werden. Eine gewählte
Drehung des Retroreflektors um die primäre Achse sorgt für das Umschalten
der Strahlungsübertragung zwischen
der zentralen Übertragungseinrichtung
und einer gewählten
sekundären Übertragungseinrichtung.
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Gewählte optische
Elemente sind vorteilhafterweise fehlausgerichtet, um so die Empfindlichkeit der
Strahlungsübertragung
gegen Ausrichtung während
des Umschaltens zu vermindern. Zum Bespiel kann die primäre Linse
eine von den Brennweiten der sekundären Linsen nominell verschiedene
Brennweite aufweisen.
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US 5,090,791 beschreibt
einen Schalter für optische
Fasern. Der Schalter besteht aus einer Faser für ankommendes Licht und einer
Vielzahl von Fasern, auf die das ankommende Licht durch eine mechanisch
bewegbare optische Anordnung wahlweise auf einen von einer Vielzahl
von Ausgangslichtleitern zur Ausgabe geleitet werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Skizze
einer optischen Vorrichtung der Erfindung; und
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2 eine schematische Skizze
einer anderen Ausführungsform
einer Vorrichtung der Erfindung.
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In
einer optischen Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, überträgt eine Lichtleitfaser 12 Licht
von einer (nicht gezeigten) Quelle von Lichtstrahlung, die sichtbar,
infrarot oder ultraviolett sein kann. Die Faser endet in einem primären Endfenster 14,
das in eine vorbestimmte Richtung 15 weist, welcher in
der Figur nach rechts verläuft.
An ihrem Ende ist die primäre
optische Faser kollinear mit einer primären Achse 17. Eine
sekundäre, äußere optische Faser 16 endet
in einem äußeren Endfenster 18,
das in die gleiche vorbestimmte Richtung weist. An ihrem Ende ist
die äußere optische
Faser kollinear mit einer sekundären
Achse 19, die parallel zur der primären Achse und in seitlichem
Abstand R von dieser verläuft.
Die Fenster 14, 18 liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen
Ebene 20, die zu der primären Achse senkrecht ist.
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Eine
primäre
Linse 24 ist so angeordnet, dass ihre optische Achse mit
der primären
Achse 17 zusammenfällt
und ihr Brennpunkt 26 auf der primären Achse bei dem Fenster 14 gelegen ist.
Divergierendes Licht von dem Fenster wird durch die primäre Linse
gebrochen, um einen Parallellichtstrahl 28 zu bilden, der
sich von der primären
Linse auf der dem Fenster gegenüberliegenden
Seite erstreckt. Eine ähnliche,
vorzugsweise identische oder nahezu identische sekundäre Linse 30 ist
so angeordnet, daß ihre optische
Achse mit der sekundären
Achse 19 zusammenfällt
und ihr Brennpunkt 32 auf der sekundären Achse bei dem Fenster 18 gelegen
ist. Diese Linse fokussiert einen kollimierten Lichtstrahl 34 auf
das Endfenster 18. In der vorliegenden Ausführungsform weisen
die primäre
Linse 24 und die sekundäre
Linse 30 im wesentlichen die gleiche Brennweite auf. (Der Begriff "Linse", wie er hier und
in den Ansprüchen verwendet
wird, bedeutet eine einzelne Linse oder eine Kombination von Linsen
mit der gleichen Funktion.)
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Ein
Retroreflektor 36 reflektiert Licht zwischen den Linsen.
Der Retroreflektor ist schematisch gezeigt als ein Paar Spiegel 30, 40,
aber ist in Wirklichkeit ein Corner-Cube-Prisma oder eine äquivalente
Konfiguration von Spiegeln mit drei orthogonalen Reflexionsflächen. Andere ähnlich funktionierende Anordnungen
für einen
Retroreflektor können
angewendet werden, zum Beispiel ein "Katzenauge" mit einer geeigneten Anordnung einer
höheren
Zahl von Reflexionsfacetten.
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Der
Retroreflektor ist bezüglich
der Linsen 24, 30 gegenüber den Fenstern 14, 18 gelegen.
In einer Übertragungsposition
reflektiert der Retroreflektor den eintretenden Parallelstrahl 28 in
den austretenden Parallelstrahl 34 über einen Zwischenstrahl 41 (der
tatsächlich
ein doppelter Strahl zwischen den drei Reflektoren des Corner-Cube-Retroreflektors
ist, wobei eine Zwischenreflexion nicht gezeigt ist). Dies wird
erreicht, indem der Retroreflektor so positioniert wird, daß seine
Achse 44 durch den Scheitelpunkt 46 zu der primären Achse 17 parallel
ist und in der Mitte zwischen der primären und der sekundären Achse 17, 19 zentriert
ist in der durch diese Achsen definierten Übertragungsebene.
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Die
Orientierung des Retroreflektors um seine Achse 44 ist
theoretisch nicht kritisch. Es ist jedoch sinnvoll, ihn so zu orientieren,
daß keine
Reflexion an eimer kante zwischen Würfelflächen auftritt.
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Ein
Schrittmotor 48 oder eine andere geeignete Positioniereinrichtung
ist mit dem Retroreflektor 36 verbunden mit einer Antriebswelle 50,
um den Retroreflektor wahlweise um die primäre Achse 17 zu drehen.
Der Retroreflektor ist mit der primären Linse 24 und der
sekundären
Linse 30 so kooperativ konfiguriert, daß der primäre Brennpunkt 26 und
der sekundäre
Brennpunkt 32 konjugierte Brennpunkte miteinander bilden.
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Auf
diese Weise wird durch die primäre
Faser 12 eingeleitetes Licht durch den Retroreflektor 36 durchgeleitet
und durch die sekundäre
Faser 16 herausgeleitet. Wenn die Fasern und Linsen genau
die gleichen sind und richtig ausgerichtet sind, sind die Lichtstrahlcharakteristiken
unverändert
von Faser zu Faser. In dieser Erfindung ist es auch äquivalent,
ob das Licht von der zentralen Faser zu der äußeren Faser übertragen
wird oder umgekehrt.
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Der
Schrittmotor 48 oder eine andere Positioniereinrichtung
wie beispielsweise eine Handsteuerung an der Welle 50 wird
dazu verwendet, den Retroreflektor 36 wahlweise um die
primäre
Achse 17 in jede einer Mehrzahl von gewählten Positionen zu drehen.
Für einen
einfachen optischen EIN-AUS-Schalter gibt es zwei Positionen. In
der ersten Position 53, wobei die Retroreflektorachse 44 zwischen
der primären
und der sekundären
Achse 17, 19 in der Übertragungsebene positioniert
ist, kann Licht zwischen der zentralen Faser 12 und der äußeren Faser 16 passieren.
In einer zweiten Position, zum Beispiel einer Position 64 (mit
gestrichelten Linien gezeigt) im Abstand von 180° von der ersten Position wird
der Retroreflektor ausreichend gedreht, so daß seine Achse gegen die Ausrichtung
auf die primäre
und die sekundäre
Achse versetzt ist, so daß kein
Licht zwischen der zentralen Übertragungseinrichtung 12 und
der äußeren Übertragungseinrichtung 16 durchgeht.
In diesem Aspekt werden die zwei Fasern einfach mit einem EIN-AUS-Schalter
gekoppelt und entkoppelt. Eine viel kleinere Drehung als 180° würde für diesen
Zweck ausreichen. In einem weiteren Rahmen eines EIN-AUS-Schalters
kann die Positioniereinrichtung den Retroreflektor seitlich versetzen;
die Dreheinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist jedoch
besonders praktisch.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung, der in 1 enthalten ist, ist wenigstens eine
zusätzliche sekundäre Faser 54 oder
andere Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
von Licht vorhanden, wobei eine solche Faser gezeigt ist. Jede solche
Faser endet in einem zugehörigen
Endfenster 56, das vorzugsweise in der gemeinsamen Ebene 20 liegt.
An ihrem Ende ist die äußere optische
Faser kollinear mit einer zugehörigen
Achse 61, die parallel zu der primären Achse 17 und in
seitlichem Abstand R von dieser verläuft, das heißt in gleichem
Abstand wie die erste sekundäre
Achse 19. Es können
so viele zusätzliche
Fasern vorhanden sein, wie benötigt
werden und der Platz zuläßt.
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Eine
gesonderte Linse 58 ist jeder zusätzlichen Faser zugeordnet.
Jede solche Linse ist mit einem zugehörigen Brennpunkt 60 angeordnet,
der auf der zugehörigen
Linsenachse 61 bei dem zugehörigen Endfenster 56 gelegen
ist. Im allgemeinen ist die Konfiguration für jede zusätzliche Faser die gleiche wie
für die
erste sekundäre
Faser 16 und ihre Linse 30. Die Brennweiten sämtlicher
sekundärer
Linsen sollten einander gleich sein und sind in einer Ausführungsform
gleich der Brennweite der primären
Linse. Sämtliche
sekundären
Fasern und Linsen sind auf ihren jeweiligen Achsen bogenförmig um
die primäre Achse 17 herum
angeordnet.
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Die
Mehrzahl gewählter
Positionen des Retroreflektors umfaßt für jede zusätzliche Faser eine zusätzliche
Position 64 mit dem kollimierten Strahlengang in einer
neuen Position 34'.
Die neue Achse des Retroreflektors ist ausgerichtet in eine neue
Position 44',
die in der Mitte zwischen der primären und den zusätzlichen
Achsen 17, 61 in der Übertragungsebene dieser Achsen
zentriert ist, so daß Licht
zwischen der primären
Faser 12 und der zusätzlichen Faser 54 passieren
kann. Dadurch wird Umschalten vorgesehen für Licht, das zwischen der primären Faser
und einer gewählten
sekundären
Faser durchzuleiten ist.
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Sämtliche
Fenster 14, 18, 56 liegen vorzugsweise
in der zu der zentralen Achse senkrechten gemeinsamen Ebene. Im
Idealfall sollte der Retroreflektor so angeordnet sein, daß die Summe
der seitlichen Abstände
R der Achsen und der axialen Distanz D des Scheitelpunktes von der
effektiven Ebene 70 der Linsen der Summe der Brennweiten
F der primären Linse
und der sekundären
Linse gleich ist (in dieser Ausführungsform
als gleich gezeigt); es ist also R + D = 2F. Dies stellt sicher,
daß alle
Strahlen von einer Faser sich innerhalb der numerischen Apertur
ihres Partners befinden. Jedoch ist dieses Ideal nicht kritisch,
und von der erwähnten
Beziehung kann um einen Faktor zwei oder mehr abgewichen werden.
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Die
Fasern sollten im wesentlichen identisch sein, und die Enden der
Fasern können
eins-zu-eins aufeinander abgebildet sein. Eine genaue Ausrichtung
aller Komponenten läßt den maximalen
Lichtdurchsatz zu ohne Vergrößerung der
Ausdehnung des Systems.
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Die
Stabilität
und die Wiederholbarkeit können
jedoch verbessert werden, indem die Optik wahlweise und nominell
außer
Flucht gebracht wird. Dies vermindert die Lichtübertragung ein wenig, aber macht
sie mehr reproduzierbar und stabil. Eine Möglichkeit zur Fehlausrichtung
besteht darin, die primäre
Linse 24 mit einer von den Brennweiten der sekundären Linsen
nominell verschiedenen Brennweite zu versehen. Zu diesem Zweck sollte
die Brennweitendifferenz zwischen etwa 10% und 20% der Brennweite
der zentralen Linse betragen. Wenn zum Beispiel die Brennweite der
primären
Linse größer ist
als die Brennweiten der sekundären
Linsen, wird das Bild des Endes der primären Faser an dem Ende der sekundären Faser
verkleinert, wogegen die Winkel der von der primären Faser kommenden Strahlen
sich über
die numerische Apertur der sekundären Faser hinaus ausbreiten.
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Ein
anderes Mittel zur Fehlausrichtung besteht in einer Versetzung optischer
Elemente aus den oben erläuterten
Idealpositionen. Zum Beispiel ein Verstellen des Retroreflektors
entlang der Achse 17 von der Linsenebene weg, um so die
Distanz D annähernd
zu verdoppeln. Dies verursacht eine Winkel-Fehlausrichtung relativ zu der numerischen
Apertur der Fasern. Noch eine weitere Möglichkeit zur Fehlausrichtung
eines Bildes des Endes einer oder der anderen Faser besteht darin,
den Abstand zwischen der primären
Faser und ihrer Linse um etwa 5% bis 10% der Brennweite der Linse
zu verändern.
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Die
geschilderte Schaltvorrichtung kann verwendet werden zur Auswahl
von Faserpaaren zum Übertragen
von Licht zwischen entfernten Substanzproben und einem fotometrischen
Instrument wie beispielsweise einem Spektralfotometer. Dies kann
erreicht werden in einer kombinierten Vorrichtung 72 (2) mit einer zweiten Kombination
einer Schaltoptik 74, die im wesentlichen mit der ersten
Kombination 10 identisch ist, abgesehen davon, daß sie als deren
Spiegelbild angeordnet ist und von ihr in die Gegenrichtung weist.
Die zweite, komplementäre Kombination
oder "Gegenstück-Kombination" 110 umfaßt eine
komplementäre
primäre
Lichtleitfaser 112 (oder andere Übertragungseinrichtung zum Übertragen
von Licht), eine komplementäre
sekundäre
Faser 116, wenigstens eine komplementäre zusätzliche Faser 154 und
einen komplementären
Retroreflektor 136. Ferner sind entsprechende komplementäre Linsen 124, 130, 158 vorgesehen.
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Die
komplementäre
primäre
Lichtleitfaser 112 ist axial ausgerichtet auf die primäre Faser 12 auf der
Achse 17 der primären
optischen Kombination 10. Der gleiche Schrittmotor 48 (oder
eine andere Positioniereinrichtung wie beispielsweise ein zweiter Motor)
ist mit einer gemeinsamen Antriebswelle 50 (oder einem
Paar fluchtender Antriebswellen) verbunden, um den zweiten Retroreflektor 136 wechselseitig
mit dem ersten Retroreflektor 36 um die primäre Achse 17 zu
drehen. Die zweite sekundäre
Faser 116 und jede zweite zusätzliche Faser 154 weisen extern
eine optische Paarung auf mit einer dazupassenden äußeren Faser 16 oder
zusätzlichen
Faser 54 der ersten Kombination, um so eine Lichtübertragung
durch jede Paarung zu bewirken. Die optische Paarung wird zum Beispiel
bewirkt über
Flüssigprobenzellen 90, 92 mit
einer Mehrzahl von Linsen 94, die herkömmlich angeordnet sind, um
Licht zur Analyse durch die Flüssigkeit 95, 97 zu
leiten. Jedes Faserpaar wird mit einer unterschiedlichen Probenzelle verwendet.
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Eine
wahlweise wechselseitige Drehung der Retroreflektor sorgt für das Umschalten
für Licht,
das aus einem Instrument 96 heraus und zu diesem zurück geleitet
werden soll, über
die zweite sekundäre Faser 16 und
die primäre
Faser 12 der ersten Kombination, und ferner über ein
gewähltes
Paar äußerer Fasern,
wodurch Probenzellen gewählt
werden.
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Die
hier gegebenen Beispiele sind zwar unter Bezug auf optische Fasern
dargelegt, es können aber
auch andere Lichtübertragungseinrichtungen verwendet
werden. Zum Beispiel kann eine zentrale Übertragungseinrichtung wie
eine optische Folge von Linsen und/oder Spiegeln eine Lichtquelle
bei der Position der Fenster abbilden. Ähnlich kann eine andere optische
Folge ein Bild an dem Ort des äußeren Fensters
aufgreifen. In solchen Fällen
kann der Begriff "Fenster", wie er hier und
in den Ansprüchen
verwendet wird, ein virtuelles Fenster an dem Ort eines solchen
Bildes bedeuten. Eine physische Aperturblende kann an dem Fensterort
positioniert sein.
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Ferner
leuchtet es ein, daß die
Erfindung außer
bei optischen Systemen bei anderen fotometrischen Instrumenten verwendet
werden kann. Ein Beispiel ist die Informationsübertragung wie beispielsweise
Telefon- oder Computerleitungen.
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Die
Verwendung eines Retroreflektors gemäß der Erfindung bietet Vorteile
gegenüber
anderen Schalteinrichtungen. Die Erfinder haben festgestellt, daß ein Retroreflektor
eine bedeutende Verminderung in der Lichtdurchgangsempfindlichkeit
schafft gegenüber
Einzelebenen-Spiegelanordnungen hinsichtlich kleiner Drehverstellungen.
Der Retroreflektor schafft ferner bedeutende Verminderungen in der Lichtdurchgangsempfindlichkeit
gegenüber
den Konkavspiegelanordnungen des vorerwähnten US-Patents 5,077,481
hinsichtlich kleiner Drehverstellungen sowie translatorischer Verstellungen.
Ein Vorteil gegenüber
dem Periskopschaltverfahren besteht darin, daß das letztere praktisch einen
Motor innerhalb des Kreises der äußeren Fasern
benötigt,
wodurch die Länge
des von dem Strahl durchlaufenen Querabstands vergrößert wird,
was die Stabilität
und Wiederholbarkeit vermindert. Obwohl das Periskop und der Porro-Reflektor
eine niedrige Empfindlichkeit gegen translatorische Verstellungen
aufweisen, sind sie empfindlicher gegen Drehfehler als ein (Corner-Cube)-Retroreflektor.
Dieser bietet auch Verbesserungen der Empfindlichkeit gegenüber Einzelspiegelumschaltung.
Vielfache Linsen, die wie hier gelehrt angeordnet sind, sorgen für eine verbesserte
Empfindlichkeit gegenüber
dem Einzellinsensystem des vorerwähnten US-Patents 4,569,569.
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Die
Einzellinsenanordnung des vorerwähnten
US-Patents 4,569,569 teilt den Strahl von einem Retroreflektor,
wodurch nur die Übertragung
der Hälfte
des Lichtes zu einer einzelnen gewählten Faser zugelassen wird.
In der optischen Vorrichtung der Erfindung teilt die Verwendung
einer gesonderten, jeder Faser zugeordneten Linse den Strahl nicht
und läßt daher
zu, daß im
wesentlichen die gesamte Lichtmenge weitergeleitet wird.