Brevet FR2166278A1 — publié le 19730817

La présente invention concerne le domaine des appareils de spectrographie, et plus précisément, les spectrophotomètres. On connut des spectrophotomètres, dans lesquels le faisceau lumineux passe consécutivement par un monochromateur, un commutateur à miroir des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon et par un moyen de focalisation de l'image de la fente de sortie du monochromateur sur l'échantillon à mesurer et sur l'étalon. Dans de tels spectrophotomètres, le faisceau lumineux sortant du monochromateur arrive au commutateur à miroir des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon, réalisé sous la forme d'un miroir sectoral plat tournant, disposé sous un certain angle par rapport au faisceau lumineux incident. Au delà du miroir tournant et sur le trajet de ce même faisceau lumineux se situe un miroir fixe plat. Selon la position du miroir sectoral le faisceau lumineux peut passer soit à côté et après sa réflexion par le miroir plat mentionné, arriver au canal lumineux de l'étalon, soit après être réfléchi par le miroir sectoral même, pénétrer dans le canal lumineux de l'échantillon à mesurer.Ainsi, lors du pivotement du miroir sectoral le faisceau lumineux est dirigé alternativement à travers les canaux lumineux de l'échan- tillon à mesurer ou de l'étalon.Les faisceaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon sont réalisés identiques. Dans chacun d'eux le faisceau lumineux pénètre sur un moyen pour la focalisation de la fente de sortie du monochromateur dans le plan de l'échantillon à mesurer (ou de l'étalon),qui est réalisé sous la forme d'un miroir concave. Après avoir passé à travers l'échantillon à mesurer (ou l'étalon) le faisceau lumineux arrive sur un autre miroir concave, puis sur le miroir plat et enfin au photorécepteur Les miroirs convexes et plats des canaux lumineux sont installés de manière que les faisceaux lumineux après leur passage à travers les canaux lumineux de l'échantillon et de l'é- talon arrivent sur le même secteur du photorécepteur. Les spectrophotomètres indiqués sont compliqués. Ils se composent d'un grand nombre d'éléments optiques dans chacun des canaux, ce qui provoque de fortes pertes de lumière,et il existe une différence substantielle entre les caractéristiques spectrales des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon, ce qui nécessite l'utilisation de dispositifs compliqués pour compenser cette différence. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients mentionnés. L'invention vise à créer un photomètre, dont la réalisation constructive permet de réduire les pertes de lumière et la différence des caractéristiques spectrales des canaux lumineux de l'é- chantillon à mesurer et de l'étalon, ainsi que de simplifier la construction de façon substantielle. Le problème posé est résolu par le fait que dans un spectromètre, dans lequel le faisceau lumineux passe consécutivement par un monochromateur, par un commutateur à miroir des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon, et par un moyen pour focaliser l'image de la fente de sortie du monochromateur sur l'échantillon à mesurer et l'étalon selon l'invention, le moyen pour la focalisation de l'image de la fente de sortie du monochromateur sur l'échantillon à mesurer et sur l'étalon, est réalisé sous la forme d'un objectif à miroir, commun pour les canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et l'étalon, qui se compose de miroirs convexe et concave, et, par ailleurs, le commutateur à miroir des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon est constitué par le miroir convexe indiqué, doté d'un moyen lui communiquant des oscillations périodiques. Le spectrophotomètre selon l'invention comporte un nombre minimum d'éléments optiques et,d'autre part, ces éléments sont communs pour les deux canaux lumineux. L'invention proposée permet de réduire les pertes de lumière et assure en pratique l'identité spectrale totale des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, qui représentent: -La figure 1, l'image schématique du spectrophotomètre, selon l'invention, -la figure 2,le trajet des rayons lumineux dans l'objectif à miroir du spectrophotomètre selon l'invention; -la figure 3,la section des faisceaux lumineux dans le plan de la photocathode du photomultiplicateur du spectrophotomètre proposé. Le spectrophotomètre,selon l'invention, d'après la fig.1, est constitué par un corps unique, dans lequel sont assembles la source de lumière 1, qui se trouve sur l'axe optique d'entrée du monochromateur 2,et la lentille de condensateur 3,projetant l'image de la source de lumière 1 sur la fente d'entrée 4 du monochromateur 2 et installé sur le foyer principal de la lentille collectrice 5,montée sur la fente d'entrée. Le monochromateur 2 comporte également un miroir à collimateur d'entrée 6 sur l'axe optique d'entrée,constitué par un miroir sphérique concave,qui est un miroir sphérique a rayon de courbure déter- miné; par ailleurs la distance entre la fente d'entrée 4 et le miroir à collimateur d'entrée 6 est égale à la moitié du rayon indiqué.A cette même distance du miroir à collimateur d'entrée 6 est installé le réseau de diffraction 7.Le miroir à collimateur de sortie 8 a le même rayon de courbure que le miroir à collimateur d'entrée 6 et est installé à une distance égale à la moitié du rayon indiqué du réseau de diffraction 7.Les miroirs à collimateur 6 et 8 sont installés de manière que les axes optiques d'entrée et de sortie du monochromateur 2 soient parallèles.A l'intérieur du monochromateur 2 est installé un écran opaque de forme appropriée 9, qui se trouve entre le miroir de sortie à collimateur 8 et la fente de sortie 10 du monochromateur 2.La distance entre la fente de sortie 10 du miroir de sortie 8 à collimateur est égale à la moitit de son rayon de courbure.Sur la fente de sortie 10 du monochromateur 2 est montée une lentille collectrice 11. Le spectrophotomètre comporte également un objectif à miroir 12 installé sur l'axe optique de sortie du monochromateur 2,qui, selon l'invention,représente l'élément de focalisation de l'image de la fente de sortie 10 du monochromateur 2 sur l'échantillon à mesurer 13 et l'étalon 14. L'échantillon à mesurer 13 et l'étalon 14 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe optique de sortie du monochromateur 2 dans le plan de l'image de la fente de sortie, créée par l'objectif à miroir 12. L'objectif à miroir 12 se compose du miroir convexe 15 et du miroir concave 16 avec une ouverture centrale. L'objectif à miroir 12 est installé de manière que le miroir convexe 15 se trouve dans le plan de l'image de la lentille de condensateur créée de concours avec la lentille collectrice 5,le miroir à collimateur d'entrée 6, le miroir à collimateur de sortie 8 et la lentille collectrice 11; d'autre part,le miroir convexe 15 possède un diamètre lumineux égal à l'image de la lentille de condensateur.La photocathode embout du photouL11tioateur 17 se trouve dans le plan de l'image du miroir convexe 15, créée par le mixssrconcave 16.Le miroir convexe, qui constitue le commutateur à miroir du faisceau lumineux, est fixé sur l'axe 18, monté sur les paliers 19 et 2C et doté d'un moyen pour lui communiquer des oscillations périodiques réalisé sous la forme d'une armature 21 fixée sur l'axe 18 se trouvant entre les p8les des électro-aimants 22 et 23. L'axe 18 est monté perpendiculaire à l'axe optique de sortie du monochromateur 2 et passe par le diamètre lumineux du miroir convexe 15. Le principe du fonctionnement du spectrophotomètre consiste en ce qui suit. Le faisceau lumineux provenant de la source de lumière 1 est focalisé par la lentille de condensateur 3 sur la fente d'entrée 4 du monochromateur 2. Le miroir à collimateur d'entrée 6 transforme le faisceau divergent de lumière, après son passage par la fente d'entrée 4, en un faisceau parallèle et le dirige vers le réseau de diffraction 7. Le réseau de diffraction 7 décompose le faisceau lumineux en spectre, qui est projeté par le miroir à collimateur de sortie 8 dans le plan de la fente de sortie 10 du monochromateur 2. La fente de sortie 10 dégage du spectre un faisceau lumineux monochromatique, qui après son passage par la lentille collectrice 11 arrive au miroir convexe 15 de l'objectif à miroir 12. Le miroir convexe 15 fixé sur l'axe 18 oscille entre deux positions, qui sont déterminées par le contact de l'armature 21 avec les pôles des électro-aimants 22 et 23, qui sont alimentés par une tension impulsionnelle en opposition de phase. Le passage d'une position à l'autre du miroir convexe 15 dure au plus 0,03 du temps de séjour à chacune des positions extrêmes. En effectuant des oscillations, le miroir convexe 15 remplit les fonctions d'un commutateur des canaux lumineux de l'é- chantillon à mesurer 13 et de l'étalon 14, en dirigeant le faisceau lumineux comme représenté sur la fig.2,alternativement sur l'échantillon à mesurer 13 et sur l'étalon 14. Pour le fonctionnement stable des spectrophotomètres, il faut que les faisceaux lumineux qui ont passé par le canal lumineux de l'échantillon à mesurer et à travers le canal lumineux de l'étalon arrivent strictement sur le même secteur de la photocathode du photomultiplicateur. Dans la variante de réalisation considérée du spectrophotomètre, ce problème est résolu du fait que sur la photocathode du photomultiplicateur 17 (fiv.1) est projetée l'image du miroir convexe 15, qui ne se déplace pas dans le sens transversal lors de la commutation des canaux lumineux. Poercette raison la limite externe 24 (fig.3) de la tache lumineuse sur la photocathode du photomultiplicateur 17 ne se déplace également pas au cours de la commutation des canaux lumineux. Cependant une partie du faisceau lumineux réfléchie par le miroir concave 16 (fig.1) est occultée par le miroircanrexe 15 et par l'axe 18; d'autre part, leur ombre 25 (fig.3), lors de la commutation des canaux lumineux, se déplace sur la photocathode du photomultiplicateur 17. Pour éliminer le déplacement nuisible indiqué de l'ombre 25 du miroir convexe 15 (fig.l) et de l'axe 18, ltécran 9 découpe du faisceau lumineux sa partie, qui est occultée par le miroir convexe 15 et l'axe 18. L'ombre 26 (fig.3) de l'écran 9 (fiv.1) sur la photocathode du photomultiplicateur 17 ne se déplace pas lors de la commutation des canaux lumineux. Lorsqu'il y a une différence d'absorption entre l'échantillon à mesurer 13 (fiv.1) et l'étalon 14, le faisceau lumineux, qui pénètre sur le photomultiplicateur 17, possède une intensité qui varie périodiquement (à la fréquence de commutation des canaux lumineux). Le photocourant pulsatoire du photomultiplicateur 17 arrive au circuit électronique de mesure (non représenté sur le dessin) à la sortie duquel est prélevé un signal proportionnel à l'intensité optique de l'échantillon à mesurer. L'invention proposée permet de réduire les pertes de lumière et d'assurer en pratique, l'identité spectrale totale des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applicatinn et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATION Spectrophotomètre dans lequel le faisceau lumineux passe consécutivement par un monochromateur, un commutateur à miroir des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer et de l'étalon,et un moyen pour focaliser l'image de la fente de sortie du monochromateur sur l'échantillon à mesurer et sur l'étalon, se distinguant par le fait, que le moyen pour la focalisation de l'image de la fente de sortie du monochromateur sur l'échantillon à mesurer et sur l'étalon est réalisé sous la forme d'un objectif à miroir, qui se compose d'un miroir convexe et d'un miroir concave, par ailleurs le commutateur des canaux lumineux de l'échantillon à mesurer, et de l'étalon est constitué par le miroir convexe susvisé, doté d'un moyen lui communiquant des oscillations périodiques.