Brevet FR2172077A1 — publié le 19730928

La présente invention concerne un monochromateur comprenant une fente d'entrée de lumière et une fente de sortie de lumière, un dispositif optique placé entre ces fentes et permettant de produire l'image de la fente d'entrée de lumière sur la fente de sortie de lumière, un moyen de dispersion réglable pour déplacer l'image de la fente d'entrée de lumière dans le plan de la fente de sortie de lumière en fonction de la longueur d'onde ain Si Qu'une lentille disposée dans le faisceau de rayonnement au voisinage d'une fente de sortie du monochromateur. De tels appareils spectraux servent à isoler une plage spectrale étroite du spectre d'une source de rayonnement. Pour un moyen de dispersion et une source de rayonnement donnés, l'importance du flux lumineux sortant d'un monochromateur dépend essentiellement du rapport entre la longueur de la fente et la distance focale du monochromateur et de la congruence de l'image de la fente d'entrée de lumière et de la fente de sortie de lumière, Pour obtenir un flux lumineux important, on cherche à utiliser, en fonction de la forme de la source lumineuse et du dispositif optique employé, de longues fentes dans des monochro- mateurs.Dans ce cas, l'obtention d'une netteté constante de l'image de la fente d'entrée de lumière et d'une configuration de l'image de la fente d'entrée (ligne spectrale) qui coïncide avec la fente de sortie de lumière présente, cependant, pour toutes les longueurs ou fréquences d'onde réglées, dea difficultés considérables dues à la distorsion du dispositif producteur d'image et aux influences indésirables du moyen de dispersion. La fente de sortie de lumière a déjà été réalisée sous une forme incurve, conformément à la fente d'entrée de lumière, pour une longueur d'onde déterminée. Ainsi, le pouvoir de résolution entier d'un monochromateur ne peut cependant être rendu utilisable qu'au voisinage d'une ligne spectrale déterminée. Il est également déjà connu un monochromateur à réseau plan (rastie-Sbert), dans lequel-la courbure des lignes spectrales correspond, indépendamment des longueurs d'onde réglées, à celle de la fente de sortie. Ce monochromateur est certes trs approprié à obtenir la corncidence de l'image de la fente d'entrée de lumière avec la fente de sortie de lumière. Son rapport d'ouverture doit cependant se trouver à l'intérieur de certaines limites puisque le dispositif producteur d'images correspondant n'a pas fait l'objet d'une correction de coma. En outre, le monochromateur à réseau plan présente un grand encombrement dont il faut tenir compte notamment dans la construction de monochromateurs doubles.La nécessité d'utiliser deux miroirs concaves rend le monoehlaomateur comateux. L'image de la ligne spectrale produite sur une échelle d'agrandissement ou de réduction différente du rapport 1 : 1 sur la fente de sortie ainsi que la courbure relativement forte de la fente présentent certaines difficultés lorsqu'on utilise et produit l'image de sources de rayonnement linéaires. On connaît également déjà un monochromateur à correction de coma. Celui-ci n'assure cependant pas l'indépendance des longueurs d'onde par rapport à la courbure de la ligne spectrale. En outre, on connaît l'utilisation d'une lentille asphérique dans un monochromateur pour corriger des aberrations. La lentille se trouve plus près de la fente de sortie que de la fente d'entrée et est tournée par rapport à l'axe du réseau. Il s'agit d'un monochromateur d'une précision réduite dans lequel le réseau n'est pas disposé dans le faisceau lumineux parallèle et la lentille doit, par conséquent, effectuer des corrections d'image nécessaires. La disposition de la lentille ne convient pas pour corriger l'image de la configuration des lignes spectrales par rapport à la fente de sortie en fonction des longueurs d'onde réglées. Afin d'accroitre la précision de mesure, la présente invention crée un monochromateur compact dans lequel l'image de la fente d'entrée est produite, indépendamment de sa longueur, sur la fente de sortie de façon à corncider avec celle-ci, sans que des limites s'imposent au rapport d'ouverture du monochromateur. Ce réaultat est obtenu suivant l'invention par le fait que la lentille est montée pour pivoter, en fonction de la longueur d'onde, autour d'un axe parallèle à la fente de sortie de lumière. Le dispositif suivant l'invention permet, de manière simple, d'adapter le contour de la limite spectrale à la fente de sortie. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir un couplage entre l'or- gane de réglage du moyen de dispersion et l'organe de pivotement de la lentille de façon que cette dernière pivote automatiquement d'une quantité appropriée lors du réglage de la longueur d'onde ou de la fréquence d'onde et que l'image de la fente a'entrée de lumière se trouve produite sur la fente de sortie de lumière de façon à corncider exactement avec celle-ci. Par un choix approprié du rayon de la lentille, on peut adapter l'angle de pivotement de la lentille à celui du moyen de dispersion. La lentille elle-même peut être sphérique, asphérique ou cylindrique.Lorsque la lentille est montée directement devant la fente de sortie, elle peut servir en même temps de lentille de champ pour produire l'image de la surface du réseau sur un récepteur photoélectrique. Si le rapport de transmission entre le pivotement de la lentille et celui du moyen de dispersion n'est pas fixe mais réglable, le rayon de la lentille peut être adapté à d'autres conditions. Bn particulier, la lentille peut avoir des dimensions lui permettant d'agir, dans un monochromateur donné, en tant que lentille d'aplanissement du champ d'image. Avec deux lentilles dont l'une est montée fixe sur l'appareil et l'autre pivotante, on peut satisfaire tant la condition de synchronisme entre le pivotement de la lentille et celui du moyen de dispersion que celle relative à l'aplanissement du champ d'image. Il en est ainsi lorsque, par exemple , la courbure de la lentille nécessaire à l'aplanissement du champ d'image est trop faible pour que le pivotement ef fectué dans des limites raisonnables permette d'obtenir une corncidence entre l'image de la fente d'entrée et la fente de sortie. La présente invention est expliquée plus en détail ci-de- sous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré schématiquement au dessin annexé. La fig. 1 montre la construction optique d'un monochromateur double à réseaux. La fig. 2 représente le couplage du pivotement de la lentille avec celui d'un moyen de dispersion. A la fig. 1, il se trouve, dans le faisceau lumlneux l entre une fente d'entrée de lumière 2 et une fente de sortie de lumière 3, les uns à la suite des autres, un premier miroir concave producteur d'image 4, un premier réseau 6 pouvant pivoter autour d'un axe 5, un premier miroir déviateur plan 7, un modulateur 8 pouvant tourner autour d'un axe 17, une fente médiane 9, un deuxième miroir déviateur plan 10, un deuxième miroir concave 11, un deuxième réseau 13 pouvant pivoter autour d'un axe 12 et une lentille 15 pouvant pivoter autour d'un axe 14 parallèle à la fente d'entrée de lumière 2. Une lentille 16 montée fixe sur l'appareil peut être associée à la lentille 15. Dans le présent exemple, les axes 5, 12, 14 et 17 sont parallèles entre eux et perpendiculaires au plan du dessin. Le faisceau lumineux provenant d'une source de lumière 18 et matérialisé par un rayon axial 1 passe par la fente d'entrée de lumière 2 qui se trouve dans le plan focal, cAté objet, du miroir concave 4 et arrive sous forme de faisceau lumineux divergeant sur le miroir concave 4 qui le parallélise et le réfléchir vers le réseau de dispersion réflecteur 6. Ce dernier décompose la lumière incidente spectralement et la réfléchit à nouveau vers le miroir concave 4 qui permet, à son tour, de former dans son plan focal, c8t objet, au niveau de la fente médiane 9, par l'intermédiaire du miroir déviateur 7 un spectre de lignes qui est modulé par le modulateur 8 et dont la fente médiane 9 isole une ligne ou une plage étroite.Le plan focal, cOté objet, du miroir concave 4 est en même temps le plan focal, côté objet, du miroir concave ll qui parallélise le faisceau lumineux provenant, en se dispersant, de la fente médiane 9 et le réfléchit sur le réseau de dispersion 13 qui décompose la lumière incidente encore une fois spectralement et la réfléchit en direction du miroir concave 11. Dans le plan focal, cOté objet, du miroir concave ll se trouve la fente de sortie de lumière 3 sur laquelle un spectre de la lumière arrivant à travers la fente médiane 9 à partir du premier monochromateur dans le deuxième ionochromateur est reproduit par les lentilles 16 et 14.De cette manière, on évite, dans une large mesure, l'influence de lumière diffuse et la lu mièvre monochromatique quittant le monochromateur double présente une grande pureté spectrale. Afin de mélanger les différentes plages spectrales, les réseaux 6 et 13 sont montés pour pivoter autour des axes 5 et 12. Ainsi, la ligne spectrale apparaissant dans la fente de sortie 3 varie, en ce qui concerne la longueur d'onde et sa configuration, par rapport à la fente de sortie de lumière. Afin que la configuration de la ligne spectrale soit la même que celle de la fente de sortie de lumière, on permet à la lentille 15 de pivoter autour de l'axe 14 en fonction des pivotements du réseau. La lentille 15 sert en outre, conjointement avec la lentille 16 montée fixe sur l'appareil, à l'aplanissement du champ d'image. A la fig. 2, deux roues dentées, à savoir la roue motrice 22 et la roue commandée 21, sont montées sur une partie fixe 19 de l'appareil. Une lentille cylindrique 23 et un réseau de dispersion réfléchissant 24 sont reliés de manière rigide respectivement aux roues dentées 21 et 22. Lorsqu'on fait tourner le rd- seau de dispersion 24 avec un levier 20 pour régler la longueur d'onde, la roue dentée 21 et, par suite, la lentille cylindrique 23 opérant la correction de la forme de la ligne spectrale pivotant automatiquement. L'invention est également applicable à des monochromateurs à prismes. Elle n'est pas limitée à la forme de réalisation optique d'un monochromateur représentée dans les exemples de rda- lisation. REVENDICATIONS 1 - Monochromateur comprenant une fente d'entrée de lumière et une fente de sortie de lumière, un dispositif optique monté entre ces dernières et destiné à produire l'image de la fente d'entrée de lumière sur la fente de sortie de lumière, un moyen de dispersion réglable pour déplacer l'image de la fente d'entrée de lumière dans le plan de la fente de sortie de lumière en fonction de la longueur d'onde ainsi qu'une lentille disposée dans le faisceau lumineux au voisinage d'une fente de sortie du monochromateur, caractérisé en ce que la lentille est montée pour pivoter, en fonction de la longueur d'onde autour d'un axe parallèle à la fente d'entrée de lumière. 2 - Monochromateur suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte un couplage entre l'organe de réglage du moyen de dispersion et l'organe de pivotement de la lentille. 3 - Monochromateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qutil comprend une lentille associée à la lentille pivotante et montée fixe sur l'appareil.