Brevet FR2542102A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un instrument d'analyse muni d'un condenseur optique perfectionné. On connaît déjà des instruments d'analyse optique Ces instruments comprennent habituellement une source d'un rayonnement d'analyse, un détecteur du rayonnement, un ensemble de support d'un échantillon à analyser et des éléments optiques destinés à diriger le rayonnement suivant un chemin optique de l'instrument. La présente invention concerne un condenseur perfectionné du faisceau dans un tel instrument. On utilise souvent, dans des appareils connus, des condenseurs de faisceau destinés à accroître la sensibilité de l'instrument Par exemple, les sources disponibles de certains rayonnementssouhaitables d'analyse ont une puissance limitée en pratique. Un exemple de telles restrictions s'appliquant au rayonnement d'analyse, dans un instrument correspondant, se présente dans le cas d'un spectromètre infrarouge comportant un interféromètre dans son système utile. Comme l'intensité des sources infrarouges est limitée en pratique, on condense habituellement le faisceau d'analyse sur l'échantillon, afin qu'il soit concentré et que le rapport signal/bruit soit accru Cependant, on sait que cette disposition nécessite un alignement et un réalignement fastidieux et long des éléments optiques du condenseur, étant donné les nombreux ali- gnements interdépendants qui sont nécessaires Un opérateur même très expérimenté et qualifié, a des difficultés à reproduire le "débit" théorique lors de l'utilisation de tels appareils. -En plus de la concentration d'un rayonnement d'analyse, d'autres applications dans lesquelles les condenseurs des faisceaux présentent des avantages sont l'analyse de petits échantillons, l'utilisation de cristaux à réflectance totale atténuée pour l'étude des effets de surface, ainsi que le tracé des relevés ou profils d'échantillon, notamment dans le cas d'échan- tillons inhomogènes Les condenseurs de faisceau utilisés de manière classique à cet effet présentent les inconvénients indiqués précédemment. L'invention concerne un condenseur perfectionné de faisceau destiné à un instrument d'analyse comportant une source d'un rayonnement, un détecteur de celui-ci et un support d'échantillon Le condenseur selon l'inven- tion comporte des éléments optiques destinés à diriger le rayonnement d'analyse suivant un chemin optique parvenant au support d'échantillon, et comprenant un premier élément optique destiné à focaliser le rayonnement par rapport au support d'échantillon, et provenant du support d'échantillon vers le détecteur du rayonnement, comprenant un élément optique destiné à focaliser le rayonnement d'analyse par rapport au détecteur Ce dernier élément focalisateur est d'un type couramment utilisé avec des détecteurs connus et a pour râle d'augmenter la réponse du détecteur, avec notamment élimination ou réduction des effets des bords Dans le présent mémoire, la focalisation par rapport au détecteur ne nécessite rien de plus que la remise en forme convenable et la direction du rayonnement sur le détecteur d'une manière connue dans la technique. Les-éléments optiques formant l'ensemble condenseur perfectionné selon l'invention, en plus de ceux qui sont indiqués précédemment, comportent un élément destiné à collimater le rayonnement qui a été focalisé par rapport au support d'échantillon et un second élément destiné à dévier le rayonnement collimaté par cet élément vers l'élément focalisateur du détecteur Les éléments de collimation et de déviation sont supportés afin qu'ils se déplacent en commun dans une première direction, et l'élément collimateur est supporté afin qu'il puisse se déplacer, indépendam- ment de l'élément de déviation, dans une seconde direction qui est perpendiculaire à la première Dans un mode de réalisation avantageux, le support d'échantillon est mobile dans deux directions, celles-ci étant coordon- nées à la direction de déplacement des éléments collima- teur et de déviation L'élément de déviation peut être de type réfléchissant et l'élément de collimation peut être réfléchissant ou réfracteur Le déplacement de l'élément collimateur peut être utilisé pour la compensation des différences d'épaisseurs des échantillons -portés par le support, ainsi que pour la compensation des différences de chemins optiques vers un échantillon supporté et à partir d'un tel échantillon Le déplacement de l'élément de déviation est utilisé pour l'alignement du rayonnement collimateur provenant de l'élément de collimation à l'aide de l'élément focalisateur et du détecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisa- tion avantageux d'appareil selon l'invention; la figure 2 est un schéma d'une application particulière du mode de réalisation de la figure 1;,et la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisa- tion constituant une variante avantageuse de celui de la figure 1. Les éléments optiques sélectionnés dans un instrument d'analyse selon l'invention dépendent beaucoup du rendement de ces éléments compte tenu des longueurs d'onde ou des fréquences considérées Par exemple, les miroirs ou éléments réfléchissants sont souvent des éléments>avantageux, par rapport aux lentilles ou éléments réfracteurs, étant donné leur meilleur - rendement pour un rayonnement particulier Le rendement - est particulièrement intéressant dans le-cas de la spectroscopie infrarouge car les sources infrarouges disponibles en pratique ontune puissance relativement faible Comme une augmentation de l'intensité-au niveau de l'échantillon améliore la sensibilité de l'instrument, il est préférable qu'un appareil selon l'invention soit réalisé avec les éléments optiques les plus efficaces. Pour cette raison, et dans le cas d'un spectromètre infrarouge, le mode de réalisation avantageux représenté sur la figure met en oeuvre des éléments réfléchissants. Le cadre 10 en traits interrompus de la figure 1 désigne un compartiment consacré à l'échantillon et qui peut être purgé de manière connue, par exemple avec de l'azote ou de l'air sec On sait que cette disposition élimine les effets de l'humidité et de l'anhydride carbonique Cependant, dans certains cas, l'invention peut être mise en oeuvre sans compartiment 1 consacré à l'échantillon. Un faisceau collimaté du rayonnement il pénètre dans-le compartiment 10 et tombe sur l'élément réfléchis- sant 12 à partir duquel il parvient à un support 13 d'échantillon L'élément 12 est un élément qui focalise et de préférence il s'agit d'un réflecteur parabolique ayant un foyer particulier disposé par rapport au support 13 d'échantillon La détermination du foyer est connue Le chemin optique représenté sur la figure 1 part du support 13 d'échantillon et rejoint un élément collimateur réfléchissant 14 puis un élément 15 de déviation L'élément collimateur 14 est de préférence un réflecteur parabolique alors que l'élément 15 est une surface plane réfléchissante La lumière collimatée provenant de l'élément 15 est dirigée vers un élément réfléchissant 16 qui focalise sur un détecteur 17. Ce dernier peut être de tout type commode connu dans la technique. L'élément-réfléchissant 14 est supporté afin qu'il se déplacé-avec une plate-forme 18, le mouvement s'effectuant dans la direction des flèches 19 La plate-forme 18 et l'élément 15 de déviation sont supportés par une plate-forme 20 afin qu'ils se déplacent en commun, la direction de déplacement de la plate-forme étant indiquée par les flèches 21 Pour des raisons décrites dans la suite du présent mémoire, le support 13 d'échantillon est mobile dans des directions d'une manière coordonnée avec le mouvement des éléments 14 et 15 Ce mouvement comprend un déplacement dans une première direction qui est sensiblement parallèle à la direction 19 de la plate-forme 18 comme indiqué par la référence 22 et une direction perpendiculaire au plan du dessin comme l'indique la référence 23 sur la figure 1. Les plates-formes 18 et 20 peuvent être suppor- tées afin qu'elles se déplacent de toute manière commode, la plate-forme 18 étant déplacée avec l'élément 15 lors du déplacement de la plate-forme 20 dans la direction des flèches 21 Le déplacement de la plate-forme 18 dans la direction des flèches 19 est indépendant de celui de la plateforme 20 et de l'élément 15 qu'elle supporte De cette manière, la plateforme 20 peut être déplacée afin que les différences d'épaisseurs optiques des échantillons supportés dans le support 13 soient compensées avec conservation cependant de la disposition optique relative de l'élément collimateur 14, du faisceau collimaté et de l'élément focalisateur 16, par déplacement de l'élément 15 de déviation avec l'élément 14 Cependant, le déplacement de la plate-forme 18 dans la direction des flèches 19 peut aussi être utilisé afin qu'il permette un décalage de la position du faisceau, assurant la compensation des différences de chemins optiques vers l'échantillon porté dans le support 13 et à partir de cet échantillon Cette compensation du chemin optique s'applique en particulier au cas de l'analyse des cristaux à réflectance totale atténuée. La figure 2 représente un montage d'une partie du mode de réalisation de la figure 1, dans l'analyse de cristaux à réflectance totale atténuée Sur la figure 2, un tel cristal 25 est supporté par le support 13 d'échantillon (qui n'est pas représenté sur la figure 2), ce support étant placé de manière que le faisceau collimaté 11 soit convenablement focalisé par l'élément 12 par rapport à la face d'entrée du cristal Sur la figure 2, la plate-forme 18 a été déplacée afin que l'élément 14 ait une position conve- nable par rapport à la face de sortie du cristal 25, cette position convenable pouvant aussi nécessiter un déplacement de la plate-forme 20 et en conséquence de l'élément réfléchissant 15 Comme représenté sur la figure 2, le déplacement coordonné du support 13, de la plate-forme 18 et de la plate-forme 20 facilite la mise en position relative convenable des éléments contenus dans le compartiment 10 à échantillons Les limitations imposées à ces déplacements par les structures associées de support réduisent les alignements et réalignements fastidieux des condenseurs connus La structure de support et les ensembles de déplacement du support 13 d'échantillon, de la plate-forme 18 et de la plate-forme 20 peuvent être de tout type connu, des moteurs pas à pas étant avantageusement utilisés pour les différents déplacements afin que le réglage précis de la position relative des éléments optiques représentés les uns par rapport aux autres soit facilité. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les déplacements des plates-formes 18 et 20 peuvent être limités à ceux qu'indiquent les flèches 19 et 21 afin que la nécessité d'un aligment après montage initial soit limité Cependant, tout système assurant un déplacement peut être utilisé dans la mesure o la position relative réelle de la plate-forme et des éléments optiques associés peut être déterminée facilement et réglée automatiquement. En fait, l'une des caractéristiques essentielles de l'invention est qu'elle permet un réglage automatique. La figure 3 représente un mode de réalisation de l-'inven- tion comprenant un élément réfracteur, les éléments fonctionnellement analogues étant repérés par des références identiques suivies du signe ', ces références correspondant à celles d'éléments analogues des autres figures. REVENDICATIONS 1 Instrument d'analyse, du type qui comporte' une-source d'un rayonnement d'analyse, comprenant un dispositif de détection du rayonnement et-un dispositif de support d'un échantillon à analyser, ledit instrument étant caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble condenseur de faisceau ayant des éléments optiques qui dirigent le rayonnement suivant un chemin optique vers le dispositif de support d'échantillon ( 13), comprenant un premier dispositif ( 12)-de focalisation du rayonnement par rapport au dispositif de support d'échantillon et provenant de celui-ci vers le dispositif détecteur du rayonnement, comprenant un second dispositif ( 16) de focalisation du rayonnement par rapport au dispositif ( 17) de détection, les éléments optiques * comprenant en outre un dispositif ( 14) destiné à collimater le rayonnement focalisé par le premier dispositif et un dispositif ( 15) destiné à dévier le rayonnement collimaté par le dispositif de collimation vers le second dispositif, le dispositif de collimation ( 14) et le dispositif de déviation ( 15)-étant supportés afin qu'ils se déplacent en commun dans une première direction, et le dispositif de collimation ( 14 étant supporté afin qu'il se déplace, indépendamment du -25 dispositif de déviation, dans une seconde direction qui est perpendiculaire à la première. 2 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de collimation et de déviation ( 14, 15) sont chacun un élément réfléchissant. 3 Instrument selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif ( 13) de support d'échantillon est mobile dans la seconde direction - 4 Instrument selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif ( 13) de support d'échantillon est mobile dans la seconde direction-et mobile dans une troisième direction perpendiculaire à la première et à la seconde direction. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de collimation ( 14) est un dispositif réfracteur et le dispositif de déviation ( 15) est un dispositif réfléchissant. 6 Instrument selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de support ( 13) est mobile dans la première direction. 7 Instrument selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de support ( 13) est mobile dans la première direction ainsi que dans une troisième direction qui est perpendiculaire à la première et à la seconde direction. 8 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de collimation ( 14) est supporté afin qu'il puisse se déplacer dans la seconde direction, par un premier support ( 18), le premier support ( 18) et le dispositif de déviation ( 15) étant supportés afin qu'ils puissent se déplacer dans la première direction, par un second support ( 10). 9 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif ( 13) de support d'échantillon comporte un dispositif de support d'un cristal à réflec- tance totale atténuée. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif ( 13) de support d'échantillon et l'ensemble condenseur sont contenus dans un compar- timent ( 10) consacré à l'échantillon et faisant partie de l'instrument. 11 Instrument selon la revendication 1, caractérisé -en ce que le déplacement du dispositif de collimation ( 14) dans l'une des première et seconde directions assure la compensation des différences d'épaisseurs des échantillons supportés par le dispositif ( 13) de support d'échantillon, et le déplacement dans l'autre des directions compense les différences de chemins optiques vers les échantillons supportés par le dispositif de support ( 13) et à partir de ces échantillons.