Brevet FR2090020A1 — publié le 19720114

L'invention a pour objet un dispositif servant à obtenir à partir d'un faisceau incident unique des faisceaux distincts suivant des trajets différents pendant des durées qui peuvent être égales ou différentes et réglables à volonté. Ce dispositif est utile dans de nombreux appareils de mesure à moyens optiques dont on donnera plus loin un exemple détaillé et qui font également l'objet de l'invention. Jusqu a présent, pour obtenir des faisceaux distincts à partir d'un premier faisceau on a utilisé soit deux ou plusieurs miroirs successifs imbriqués ensemble et formant entre eux un angle dièdre, réfléchissant recevant le faisceau alternativement sur l'une et sur autre de ses faces, soit un miroir incliné entraîné en rotation continue. Le premier moyen a comme inconvénient que les faisceaux distincts sont des fractions non identiques entre elles du faisceau initial puisqu' elles sont prélevées au centre on sur les bords de ce dernier selon la position des miroirs. En outre, ces fractions sont réfléchies par des surfaces différentes0 Le deuxième moyen fournit des faisceaux dérivés qui sont comparables entre eux puisqu'on peut avoir dans chaque cas une réflexion totale du faisceau incident, mais cette réflexion a lieu sur des surfaces différentes. Le troisième moyen a l'inconvénient que le faisceau incident est renvoyé intégralement et successivement dans toutes les directions, -dans un même plan, mais il ne peut être capté en un point quelconque de ce plan que pendant un temps très court, L'invention vise à éliminer la totalité ou, au moins, plusieurs des inconvénients ci-dessus. Un but principal de l'invention est de parvenir à un dispositif grâce auquel un faisceau incident peut fournir plusieurs faisceaux distincts, identiques entre eux, réfléchis par une même surface. Un autre but de l'invention est de pouvoir obtenir des faisceaux distincts sur des trajets déterminés pendant des durées réglable s individuellement Un autre but encore de l'invention est de réduire à une durée très brève le temps de passage dlun faisceau dérivé à un autre faisceau dérivé, indépendamment de la propre durée de ces faisceaux dérivés, Dans un dispositif conforme à l'invention, comprenant une source émettant un faisceau, un support, un organe moteur tonrnant porté par le support, un arbre accouplé en rotation à cet organe moteur, un miroir calé à l'extrémité libre de l'arbre sur le trajet du faisceau, l'organe moteur tournant est du type à courses angulaires successives et réglables, un second arbre est accouplé en rotation à ce moteur en direction opposée à celle du premier arbre et un second miroir est calé à l'extrémi- té libre du second arbre. Pans un mode de réalisation de l'invention, les deux miroirs sont montés aux extrémités respectives des deux arbres symétriquement par rapport à un plan médian transversal et il existe au moins deux jeux de deux miroirs fixes chacun portés par le support et disposés, dans chaque jeu, symétriquement par rapport au même plan médian transversal, un des miroirs de chaque jeu recevant le faisceau réfléchi par un miroir mobile d'un arbre dans une position d'arrêt de celui-ci, le renvoyant à l'autre miroir fixe qui le réfléchit à son tour vers le miroir de l'autre arbre, les jeux de miroirs fixes étant espacés angulairement dans le sens de rotation des arbres. L'invention a aussi pour objet tout appareil de mesure tel, par exemple, qu'un spectrophotomètre ou un spectrofluorimètre pour 11 analyse d'échantillons perméables à un faisceau, équipé d'un dispositif conforme à l'invention. On donnera maintenant uniquement à titre d'exemple, la description de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention incorporé, en guise d'illustration des applications de l'invention, à des spectrofluorimètres et des spectrophotomètres. On se référera aux dessins annexée dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un pre mier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique d'un quatrième mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue simplifiée en perspective des organes essentiels d'un spectrophotomètre conforme à l'invention. Sur la figure 1, on voit une source 1 qui émet un faisceau de lumière 2, un moteur 3 porté par un support général (non représenté). Ce moteur a un arbre 4 à l'extrémité de laquelle est calé un miroir plan 5 incliné d'un angle de quelques degrés par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre 4. Le moteur 3 est du type pas-à-pas, à commande par impulsions, connu en soie Dans cet exemple, le moteur 3 tourne dans le sens de la flèche F par courses angulaires successives de 1800. Après chaque demi-tour effectué à grande vitesse, il s'arrête.On peut neutraliser l'inertie des pièces mobiles et obtenir un arrêt instantané et précis en lui envoyant juste avant l'arrêt quelques impulsions en sens inverse par rapport aux impulsions de marche normale Ainsi, le miroir mobile 5 a deux positions d'arrêt bien déterminées, l'une représentée en trait plein, l'autre en trait mixte, qu'il peut conserver aussi longtemps que l'on tient à l'arrêt le moteur 3o On notera que la totalité du faisceau 1 est renvoyée par la même surface du miroir 5. Selon les deux positions de ce dernier, on obtient deux faisceaux distincts 6 et 7. Ce dispositif de l'invention peut équiper un appareil de mesure comprenant un organe de réception du faisceau, désigné par la référence 8, et disposé pour recevoir l'un et l'autre des faisceaux 6, 7. Sur le trajet de ceux-ci se trouvent deux postes de mesure, respectivement 9 et 10, où l'on place, par exemple, d'une part un liquide étalon, d'autre part un échantillon à analyser. La figure 2 montre une source Il qui émet un faisceau 12, un moteur 13 du même type que celui de la figure 1 mais ayant deux arbres 14, 15 qui s'étendent dans des sens opposés Chaque arbre porte à son extrémité un miroir 16, 17, incliné d'un angle bo On observera que les deux arbres et les deux miroirs sont symétriques par rapport à un plan médian transversal passant par le milieu du moteur 130 Le dispositif de la figure 2 peut être incorporé à un appareil de mesure comprenant un organe récepteur de faisceau 18 et au moins deux postes de mesure 19 et 20. Le moteur 13 et les miroirs mobiles 16, 17 ont autant de position d'arrêt qu'il y a de postes de mesure. L'inclinaison des miroirs est choisie en fonction de la géométrie de l'apparei parleexmeilptceeseent/ des postes de mesure 19, 200 Dans cet exemple, le faisceau 12 est renvoyé, à chaque position d'arrêt, par le miroir 16 de la façon représentée et il est recueilli par le second miroir 17 qui le réfléchit, en toutes positions d'arrêt, vers l'unique organe récepteur 180 La figure 3 montre une variente de la figure 2 selon laquelle il existe deux moteurs distincts 13a, 13b tournant dans le même sens FI, l'ensemble ayant la même symétrie que dans le cas précédent.On peut, de cette façon, produire un déphasage contrôlé entre l'envoi du faisceau 12 à un poste de mesure et sa réflexion par le miroir 17 vers le récepteur 18 (phosphorescence). Les figures 4 et 5 se rapportent au même dispositif et au même appareil de mesure auquel ce dispositif est incorporé. L'agencement général est analogue à celui de la figure 2 mais il existe, pour un appareil à trois postes de mesure, trois jeux de deux miroirs fixes chacun, 21, 21a, 22-22a, 23-23a. Les miroirs de chaque jeu sont disposés symétriquement par rapport au même plan médian transversal que celui défini précédemment et les pos tes de mesure se trouvent sur le trajet rectiligne du faisceau entre les deux miroirs fixes d'une paire de miroirs. Ces trois paires de miroirs fixes et les postes de mesure sont espacés angulairement de façon qu'à chaque arrêt le faisceau venant de la source 11 soit envoyé jusqu'au récepteur 18 comme on le voit sur les figures 4 et Sa Le récepteur 18 peut être une cellule photoélectrique ou un photomultiplicateur associé à un appareil d'analyse électronique qui met en évidence les altérations subies par le faisceau pendant son passage à travers les postes de mesure. Dans le cas des figures 4 et 5 on peut avoir un élément de référence et deux échantillons à comparer. On voit que la totalité du faisceau incident 12 traverse les postes de mesure pendant des durées déterminées à volonté bien que le passage d'une position d'arrêt à une autre soit très rapide, Bien entendu, le nombre des positions d'arrêt et des postes de travail n'est nullement limité par l'invention. Un appareil analogue à celui de la figure I est particulièrement adapté à la spectrométrie dans l'ultra-violet du fait qu'il n'existe qu'une seule surface réfléchissante. Les appareils analogues à ceux des figures 2 à 5 sont de préférence des spectromètres ou des spectrofluorimètres qui présentent les avantages principaux suivants - les faisceaux séparés ont tous la même intensité et la même composition - leur nombre n'est pas limité à deux - le rendement est très supérieur à celui des dispositifs connus à miroirs imbriqués, ou à grilles réfléchissantes puisque, aux pertes par réflexion près, la totalité du faisceau incident est utilisée - les faisceaux séparés ont tous la même composition chromatique, en fait on obtient grâce à l'invention une homothétie parfaite des faisceaux de chaque voie optique, tant au point de vue de la forme, que de la composition spectrale, du degré de pola risation, etc... - la possibilité, comme on l'a décrit, de recombiner les faisceaux des différentes voies optiques en un faisceau unique. - la possibilité d'un déphasage entre les miroirs mobiles permet l'analyse de tout phénomène décalé dans le temps par rapport à ltexcitation, par exemple les phénomènes de phosphorescence - l'utilisation d'un moteur pas à pas permet d'obtenir un cycle utile bien supérieur puisque le miroir peut être immobilisé en position de réflexion du faisceau pendant un temps qui peut être égal ou supérieur au temps de transit. Les diverses qualités du dispositif de l'invention comme la symétrie et l'homothétie parfaites des faisceaux, son rendement élevé, le rendent particulièrement avantageux pour être utilise dans les appareils optiques différentiels ainsi qu'on en a donné quelques exemples. REVENDICATICNS 1) Disposititif fournissant plusieurs faisceaux distincts, identiques entre eux, à partir d'un faisceau incident, comprenant une source émettant un faisceau, un support, un organe moteur tournant porté par le support, un arbre accouplé en rotation à cet organe moteur, un miroir calé à l'extrémité libre de l'arbre sur le trajet du faisceau, caractérisé en ce que l'orga- ne moteur tournant est du type à courses angulaires successives et réglables, le miroir ayant une inclinaison peu différente de 900 par rapport à l'axe de l'arbre 2) Dispositif comprenant une source émettant un faisceau, un support, un organe moteur tournant porté par le support, un arbre accouplé en rotation à cet organe moteur, un miroir calé à l'extrémité libre de l'arbre sur le trajet du faisceau, caractérisé en ce que l'organe moteur tournant est du type à courses angulaires successives et réglables, un second arbre est accouplé en rotation à ce moteur en direction opposée à celle du premier arbre et un second miroir est calé à l'extrémité libre du second arbre a 3) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les deux miroirs sont montés aux extrémités respectives des deux arbres symétriquement par rapport à un plan médian transversal et il existe au moins deux jeux de deux miroirs fixes chacun porté par le support et disposés, dans chaque jeu, symé- triquement par rapport au même plan médian transversal, un des miroirs de chaque jeu recevant le faisceau réfléchi par un miroir mobile d'un arbre dans une position d'arrêt de celui-ci, le renvoyant à l'autre miroir fixe qui le réfléchit à son tour vers le miroir de l'autre arbre, les jeux de miroirs fixes notant espacés angulairement dans le sens de rotation des arbre 4) Dispositif comprenant une source émettant un oaiscvau un support, un organe moteur tournant porté par le support, un arbre accouplé en rotation à cet organe moteur, un miroir cale à l'extrémité libre de l'arbre sur le trajet du faisceau, carat térisé en ce qu'il comprend un second organe moteur ayant un arbre et un miroir disposé symétriquement au premier par rapport à un plan transversal à la direction du faisceau, ces deux moteurs étant du type à courses angulaires successives et régla bleus, 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'organe ou chaque organe moteur est un moteur électrique pas à pas à commande par impulsions. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 5 caractérisé en ce que le moteur tournant à courses successives et réglables est du type à temps d'arrêt contrôlé et réglable. 7) Appareil de mesure tel qu'un spectrophotomètre ou un spectrofluorimètre pour l'analyse d'échantillons perméables à un faisceau, comprenant un organe de réception du faisceau et deux postes de mesure, l'un pour un étalon l'autre pour un échantillon à analyser, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 6, les deux postes de mesure étant situés respectivement sur le trajet des faisceaux renvoyés par le miroir vers l'organe de réception dans deux positions distinctes d'arrêt de ce miroir. 8) Appareil de mesure tel qu'un spectrophotomètre ou un spectrofluorimètre pour l'analyse d'échantillons perméables à un faisceau, comprenant un organe de réception du faisceau et au moins deux postes de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, les postes de mesure étant situés respectivement sur le trajet des faisceaux renvoyés du premier miroir mobile vers le second miroir mobile, dans l'une des positions d'arrêt correspondantes de ces miroirs, l'organe de réception étant disposé pour recevoir le faisceau réfléchi par le second miroir mobile dans toutes les positions d'arrêt des miroirs.