Brevet FR2577314A1 — publié le 19860814

Monochromateur double La présente invention, qui a pour objet un monochromateur double, est relative de manière très générale à tous les domaines de recherches, par exemple physico-chimiques ou biochimiques, impliquant l'utili- sation de divers appareils d'analyse et/ou de mesure mettant en oeuvre une source de lumière monochromati- que. Plus précisément, l'invention est relative à ceux de ces domaines pour lesquels on doit mettre en oeuvre une telle source de lumière monochromatique qui présente simultanément les caractéristiques suivantes : etre intense, avoir un taux de réjection de lumière parasite très important, et avoir une longueur d'onde monochromatique ajustable de manière continue. De tels domaines sont, par exemple, ceux impliquant l'utilisation d'appareils de spectrophotométrite, de spectrographie, de spect rof luoromét rie, etc... Jusqu'à present, ces divers appareils comportent des sources de lumière monochromatiques, appelées monochromateurs, tous construits selon le même principe suivant 9 une source de lumière blanche émet un faisceau qui traverse une première fente et est refléchi par un premier miroir fixe vers un élément optique dispersif, tel qu'un prisme ou un réseau ; la lumière ainsi déviée ou diffractée par L'élément optique dispersif est alors focalisée par un second miroir fixe sur une seconde fente qui délivre ainsi en sortie un faisceau de lumière monochromatique. L'ajustement de la longueur d'onde est obtenu en faisant tourner llélément optique dispersif à l'aide d'un dispositif mécanique ou électromécanique de grande précision. De tels monochromateurs simples permettent une sélection de la longueur d'onde désirée avec une efficacité mesurée par un taux de réjection des lon gueurs d'onde parasites de l'ordre de 10 3 à Toutefois, un tel taux de réjection appariait comme insuffisant dans bon nombre de cas auxquels est relative l'invention, par exemple dans celui des appa rèils de spectrofluorométrie. La solution adoptée jusqu a présent consiste alors à disposer en série deux monochromateurs simples du type ci-dessus et à coupler mécaniquement ou électroniquement les réglages des différents éléments de ces deux monochromateurs. On obtient ainsi des taux de réjection de lumière parasite de L'ordre de 10 6 8 à 10 . Toutefois, si cette solution permet l'obtention de tels taux de réjection, indispensables dans de nombreux cas, elle présente les inconvénients suivants : - l'association en série de deux monochromateurs sim ples constitue un ensemble très volumineux, - les dispositifs de couplage sont assez délicats et rarement parfaits ; ils peuvent s'avérer non fiables pour un usage prolongé ; ils sont d'un coût générale ment assez élevé s'ajoutant à celui des deux mono chromateurs simples, et - l'allongement du trajet optique passant par un nombre doublé de surfaces réfléchissantes entrain une bais se très sensible du rendement lumineux de l'associa tion des deux monochromateurs simples. L'invention a précisément pour but de réali set un monochromateur qui ait un taux élevé de réjec tion de lumière parasite de l'ordre de 10 å à mais ne présente pas les inconvénients mentionnés cidessus. A cet effet, l'invention a pour objet un monochromateur du type comportant une source de lumière, des fentes ajustables, deux miroirs fixes et un réseau optique dispersif rotatif, caractérisé en te que Ledit réseau comporte deux faces, que la premiére face est éclairée directement par la source de lumière à travers une première fente, que le premier miroir reçoit La lumière diffractée par cette première face et renvoie à travers une seconde fente vers le second miroir, que ce second miroir envoie cette lumière diffractée sur ta seconde face dudit réseau, et que la lumière diffractée une seconde fois par cette seconde face du reseau est dirigée vers une troisième fente constituant la sortie de la lumière monochro-matique du monochromateur. Selon un premier mode de réalisation, les faces du réseau comportent des rainures gravées mécaniquement. Selon un second mode de réalisation, les faces du réseau sont constituées par un hologramme. Selon un premier type de réalisation, le monochromateur est caractérisé en ce que les deux faces du réseau optique dispersif rotatif sont planes et que les deux miroirs sont concaves. Selon un second type de réalisation, le monochromateur est caractérisé en ce que les deux faces du réseau optique dispersif rotatif sont concaves et que les deux miroirs sont plans. Selon une autre caractéristique, les deux faces du réseau sont parallèles. Il est bien évident qu'un tel monochromateur double est, d'un point de vue optique, stritement équivalent à une association en série de deux monochromateurs simples et donc qu'il a un taux de réjection de lumière parasite de l'ordre de 10-6 å 10 8. Par contre, du fait caractéristique qu' it comporte un réseau optique dispersif à deux faces, qui joue un rôle analogue à celui de deux réseaux à simple face et synchrones dans une association en série de deux monochromateurs simples, découlent les avantages suivants - le mode de sélection de la Longueur d'onde désirée est simplifié au maximum puisqu'il ne met en oeuvre qu'un seul dispositif de rotation d'un seul réseau dispersif mais à deux faces, sans risque de dérêgle- ment, - Le trajet optique de la lumière est simplifié et rac courci en n'utiLisant qu'un nombre minimal de surfa ces réfléchissantes, ce qui constitue un intéret cer tain notamment dans l'ultraviotet, et - l'encombrement et Le cout d'un tel monochromateur double sont réduits d'environ 5û par rapport à ceux correspondant à une association conventionnetle en série de deux monochromateurs simples synchronisés. Les caractéristiques et avantages d'un monochromateur double selon l'invention seront encore mieux compris à l'aide de La description suivante, faite en référence au dessin annexé, sur Lequel - La figure 1 rappeLle schématiquement le principe commun de constitution de tous Les monochromateurs simples antérieurement connus, et - les figures 2 et 3 représentent schématiquement deux types possibles de réatisation d'un monochromateur double selon l'invention. On se reportera donc d'abord à la figure 1 qui représente un monochromateur simple antérieurement connu. Celui-ci comporte une source de lumière blanche s envoyant, en passant par une première fente f1, un faisceau vers un premier miroir concave fixe m1. Celuici renvoie ce faisceau vers un réseau optique dispersif rotatif r à une seule face. Après diffraction sur le réseau r, le faisceau est renvoyé par un second miroir concave fixe m2 vers la fente f2 de sortie de lumière monochromatique du monochromateur simple. C'est l'association en série de deux tels monochromateurs simples, avec synchronisation de leurs réglages, que L'invention se propose de remplacer par un seul monochromateur mais à deux faces. La figure 2 donne le schéma d'un premier type de réalisation d'un tel monochromateur double. Ce monochromateur comporte une source de lu miére blanche s éclairant, à travers une première fente f3, la première face plane r1 d'un réseau double. La lumière diffractée ainsi une première fois est renvoyée vers un premier miroir concave m3. Celui-ci, à travers une seconde fente f éclaire un second miroir concave m4 qui renvoie la lumière diffractée vers la seconde face plane r2 du réseau double. La lumière monochromatique sort par une troisième fente f5. Selon un premier mode de réalisation, les ré- seaux r1 et r2 sont réalisés par gravure mécanique sur les faces planes. Selon un second mode de réalisation, les réseaux r1 et r2 sont constitués d'un hologramme, selon les techniques connues de l'holographie. La figure 3 donne le schéma d'un second type de réalisation d'un monochromateur double selon l'in- vention qui ne diffère du premier qu'en ce que le réseau double est à faces concaves et les miroirs sont plans. Une utilisation préférentielle d'un tel monochromateur double consiste en son incorporation dans un appareil de spectrofluorométrie. IL sera alors, en particulier, très utile en biologie où Les analyses fluorométriques utilisent des échantillons faiblement fluorescents et souvent turbides. Toutes ces conditions exigent la mise en oeuvre d'un monochromateur de très bon rendement lumineux et dont le taux de réjection de lumière parasite est élevé. REVENDICATIONS 1. Monochromateur du type comportant une source de lumière, des fentes ajustables, deux miroirs fixes et un réseau optique dispersif rotatif, caractérisé en ce que ledit réseau comporte deux faces (r1 et r2), que la première face (r1) est éclairée directement par la source de lumière (s) à travers une première fente cl3), que le premier miroir (m3) reçoit la lumière diffractée par cette première face (r1) et L'envoie à travers une seconde fente (f4) vers le second miroir (m4), que ce second miroir (m4) envoie cette lumière diffractée sur ta seconde face (r2) dudit réseau, et que la lumière diffractée une seconde fois par cette seconde face du réseau est dirigée vers une troisième fente (fg) constituant la sortie de lumière monochromatique du monochromateur. 2. Monochromateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces des réseaux comportent des rainures gravées mécaniquement. 3. Monochromateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces du réseau sont constituées par un hologramme. 4. Monochromateur selon L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux faces (r1, r2) du réseau optique dispersif rotatif sont planes et que les deux miroirs (m3 et m4) sont concaves. 5. Monochromateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux faces du réseau sont parallèles. 6. Monochromateur selon L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux faces (r1 et r2) du réseau optique dispersif rotatif sont concaves et que les deux miroirs (m3 et m4) sont plans.