Призменный спектральный прибор Советский патент 1992 года по МПК G01J3/14 

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть применено при разработке спектральных приборов, работающих в различных диапазонах спектра излучения.

Известен призменный спектральный прибор, содержащий оптически согласованные входную щель, вогнутое зеркало призму и плоское зеркало. Расходящийся пучок лучей, идущий от входной щели, попадает на вогнутое зеркало и отражается от него в виде параллельного пучка лучей, который проходит призму, отражается от плоского зеркала и опять проходит призму в обратном направлении. Ди:пергированный пучок лучей падает на вогнутое зеркало, которое

строит спектральное изображение входной щели. Данный призменный спектральный прибор имеет минимальное число оптических деталей благодаря тому, что одно вогнутое зеркало выполняет функции и коллиматорного, и фокусирующего объектива.

Недостатком этого призменного спектрального прибора является наклонное падение лучей на вогнутое зеркало, вызванное необходимостью ввода призмы в параллельный пучок лучей. Это не позволяет получить компактное расположение оптических деталей. Кроме того, параллельный пучок лучей дважды проходит призму что приводит к уменьшению светопропускания опти 1со

4 СЛ 00

CJ

ческой системы из-за отражения излучения от преломляющих граней призмы.

Наиболее близким к предлагаемому является призменный спектральный прибор содержащий оптически согласованные входную щель, коллиматорное вогнутое зеркало, призму и фокусирующее вогнутое зеркало. Оптическая ось коллиматорного вогнутого зеркала и оптическая ось фокусирующего вогнутого зеркала отклонены от направления падающих на них пучков лучей. Идущий от входной щели расходящийся пучок лучей преобразуется коллиматорным вогнутым зеркалом в параллельный пучок лучей, который проходит призму, а затем преобразуется фокусирующим вогнутым зеркалом в сходящийся пучок лучей. В данном призменном спектральном приборе исследуемое излучение проходит призму один раз.

Недостатком этого устройства является наклонное падение лучей на коллиматорное и фокусирующее вогнутые зеркала что обусловливает большие его габариты.

Цель изобретения - уменьшение габаритов призменного спектрального прибора.

Указанная цель достигается тем что в призменном спектральном приборе, содержащем оптически связанные входную щель. коллиматорное вогнутое зеркало, входная щель, вогнутые зеркала и призма установлены на одной приборной оси. проходящей через вершины вогнутых зеркал перпендикулярно к оси симметрии главного сечения призмы, при этом призма и вогнутые зеркала выполнены с отверстиями, через которые проходит приборная ось. а оптическая ось коллиматорного вогнутого зеркала отклонена от приборной оси и основания призмы на угол

пС.(Л

р 0,5 arcsin (n, sin W) -- 77,(1)

где а- преломляющий угол призмы:

П| - показатель преломления материала призмы для заданной длины волны излучения.

На чертеже показана схема призменного спектрального прибора.

Призменный спектральный прибор содержит оптически согласованные входную щель 1, коллиматорное вогнутое зеркало 2. призму 3, фокусирующее вогнутое зеркало 4, которые установлены на одной приборной оси 5, проходящей через вершины Оч и 02 вогнутых зеркал 4 и 2 перпендикулярно оси 6 симметрии главного сечения призмы 3. Вогнутые зеркала 2 и 4 и призма 3 выполнены с отверстиями, через которые проходит приборная ось 5 Оптическая ось 7

коллиматорного вогнутого зеркала 2 составляет с приборной осью 5 угол Д

Устройство работает следующим образом.

Расходящийся входной пучок лучей,

идущий от входной щели 1, проходит в отверстие призмы 3 и отражается от коллиматорного вогнутого зеркала 2. Формирующийся коллиматорным вогнутым зеркалом 2

параллельный пучок лучей падает на призму 3, которая расщепляет его на множество коллимированных монохроматических пучков лучей, распространяющихся под различными углами к приборной оси.

Коллимированные монохроматические лучки лучей фокусируются вогнутым зеркалом 4 и проходят через отверстие призмы 3, образуя в фокальной плоскости вогнутого зеркала 4 спектральные изображения входной

щели 1.

Угол и между лучом, отраженным от вогнутого зеркала 2, и нормалью NI к первой преломляющей грани призмы 3. ось 6 симметрии главного сечения которой составляет с приборной осью 3 угол 90°, равен

fi + a/2.(2)

Угол 2 падения луча на вторую преломляющую грань г и -и1.

(3)

где и - угол преломления луча на первой преломляющей грани призмы 3. Угол

И arcsin(- sinh).

(4)

где п - показатель преломления материала призмы 3.

Угол 2 преломления луча второй преломляющей гранью 2 arcsin(nsini2)

(5)

40Угол (/ между приборной осью 5 и лучом, преломленным второй преломляющей гранью призмы 3. равен

/| 2 п arcsin {n sin a

а- arcsin ( sin 2/3+Ј)}а

n - L-,- 2 V M 2 (6)

Угол у между приборной осью 5 и оптической осью вогнутого зеркала 4, при котором спектральное изображение входной щели 1 для длины волны AJ находится на приборной оси 5 равен

У #/2(7)

где 1 - величина / при А А|.

Для условия минимума отклонения пре- ломленных лучей, когда i-Ha , из соотношений (2)--(5) следует

ft 0,5 arcsin (щ sin т||) - 0,5 а, (8) где п. - величина п при Я AI

Учитывая, что расстояние между двумя соседними спектральными изображениями входной щели 1 намного меньше фокусного расстояния фокусирующего вогнутого зеркала 4, можно определить линейную дисперсию призменного спектрального прибора так

гУ дв . /ЭПч /

Лл an SP

f sin«-®/J 3

А tA io

-A(

COS 11 COS I2

где $- угол отклонения направления лучей при прохождении призмы 3;

f - фокусное расстояние фокусирующего вогнутого зеркала 4;

Y - координата по оси 02Y, параллельной оси б симметрии главного сечения призмы 3.

В призменном спектральном приборе, в котором расстояние А между вогнутыми зеркалами равно f, мм; Ai 11 мкм; 2,4001 (поликристалл оптический ПО-4); (Эп/dA) ,00715 величины /5 и у, определяемые соотношением (8), равны 1°3 4,а линейная дисперсия ЪУ/ЭА, определяемая соотношением(9). равна -5,63x10 мм/мкм. Приемник излучения с размером чувствительного элемента по оси ОгУ 10 мкм обеспечивает спектральное разрешение 0,18 мкм. Данное спектральное

разрешение достигается при малом угле отклонения оптических осей вогнутых зеркал 2 и 4 от приборной оси 5, что обеспечивает малые габариты призменного спектрального прибора.

Таким образом, предлагаемый приз- менный спектральный прибор обладает малыми габаритами.

Формула изобретения

Призменный спектральный прибор, содержащий оптически связанные входную щель, коллиматорное вогнутое зеркало, призму и фокусирующее вогнутое зеркало, отличающийся тем, что, с целью

уменьшения габаритов, входную щель, вогнутые зеркала и призма установлены на одной приборной оси, проходящей через вершины вогнутых зеркал перпендикулярно к оси симметрии главного сечения призмы,

при этом призма и вогнутые зеркала выполнены с отверстиями, через которые проходит приборная ось, а оптическая ось коллиматорного вогнутого зеркала отклонена от приборной оси и основания призмы на

угол

,5 arcsin (n, sin-) - 0,5 а,

где а- преломляющий угол призмы;

и, - показатель преломления материала призмы для заданной длины волны излучения.

Изобретение относится к спектральному приборостроению. Целью изобретения является уменьшение габаритов призмен- ного спектрального прибора за счет малого угла отклонения оптических осей коллима- торного вогнутого зеркала и фокусирующего вогнутого зеркала от приборной оси. Призменный спектральный прибор содержит оптически согласованные входную щель, коллиматорное вогнутое зеркало. призму и фокусирующее вогнутое зеркало. Входная щель, вогнутые зеркала и призма установлены на одной приборной оси, проходящей через вершины вогнутых зеркал перпендикулярно к оси симметрии главного сечения призмы. Призма и вогнутые зеркала выполнены с отверстиями, через которые проходит приборная ось. Пучок лучей от входной щели проходит через отверстие в призме, отражается от коллиматорного вогнутого зеркала и падает на преломляющую грань призмы. После прохождения призмы пучок лучей отражается от фокусирующего вогнутого зеркала, проходит через отверстие в призме и образует спектральные изображения входной щели в фокальной плоскости фокусирующего вогнутого зеркала. Угол отклонения оптической оси коллиматорного вогнутого зеркала от приборной оси зависит от преломляющего угла коллиматорного вогнутого зеркала от приборной оси зависит от преломляющего угла призмы и показателя преломления материала, из которого она изготовлена. 1 ил. (Л

/

5