Многоходовая оптическая кювета Советский патент 1980 года по МПК G01J3/02 

(54) МНОГОХОаОВЛЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА

I

Изобретение относится к области точного оптико-механического прибсчрострое : НИИ и может быть примевево в конструкциях многоходовых кювет (МКХ) системы Уайта, предназначенных для точных исследований спектров поглощения , обладающих слабой интшсивностьго.

Известна многоходовая оптическая кювета, содержащая три сферических зеркала ij .

Наиболее близкой по техничесмой сущности к изобретению является многоходовая оптическая кювета, содержащая . три зеркала одинакового радиуса кривизны: коллективное, снабженное входной и выходной диафрагмами спектрального канала, и два объективных, удале нных от коллективного зеркала на расстояние радиуса кривизны, тфичем первое объективное зеркало расположено напротив входной диа4чэагмы, а второе - напротив вь. ходной диафрагмы, фотоэлектрический следящий привод стабилизации положения объективных зеркал относительно верт калькой и горизойтальной осей вращения, состоящий из светящейся марки, фотодатЧВ1ЮВ, управляющего усилителя и исполнительного механизма качания объективных зеркал 2 .

Эта кювета снабжена системой точного удерзкания оптического сигнала на выходной диафрагме спектрального канала, но обладает следующими недостатками: не имеет устройства для точной

10 установки числа ходов луча в спектральном канале и для/ точного выведения оптического сигнала через выходную диафрагму, система фотодатчиков фотоэлектрического привода сложна, при наружном

15 размещении этих датчиков за оптическими иллюминaтqpaми кюветы они могут отказать в работе вследствие запотевания илгаоминаторов.

Целью изобретения является повыше20ние точности выведения исследуемого оптического сигнала через выходную диафрагму спектрального канала и упрощение конструкции кюветы. 3 Поставленная цель достигается тем, что под входной диафрагмой спектралького канала кюветы ниже светового контура коллективного зеркалапомещены первая и вторая светящиеся марки фотоэлектрического следящего привода, над входной диафрагмой спектрального канала в поле изображения первой марки помещено дополнительное коллективное зеркало, обращенное в сторону второго объективного зеркала, а в поле язо бражения второй марки под дополнительным коллективным зеркалом помещен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец которого находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода, и симметрично дополнительному коллективн му зеркалу под выходной диафрагмой ниже светового контура коллективного зеркала расположен светоделительный кубик в огггическом контакте с объективом, оптическая ось которого направлена горизонтально вдоль поверхности коллективного зеркала, а в фокусе объектива помещен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец которого находится в фокальной плоскости фотодат чика фотоэлектрического следящего привода. При этом на одной оптической оси с первым объективом навстречу ему помещ второй объектив с прямоугольной призмо входная грань которой с установленным на ней коллективом обращена в сторону первого объективного зеркала с возможностью отсчета перемещения вдоль общей оптической оси объективов. На фиг. 1 представлена схема многоходовой оптической кюветы; на фиг. 2, 3- ход лучей: в МКХ при разном числе ходов. Кювета содержит коллективное зеркало 1, первое объективное зеркало 2., второе объективное зеркало 3, первую 4и вторую 5 марки следящего фотоэлек трического привода стабилизации положен объективных зеркал, освещаемые лазером (на чертеже не показан), вспомогательно коллективное зеркало 6, гибкий (стекловолоконный) огггический световод 7, первый объектив 8 со светоделительным кубиком 9, гибкий оптический световод 10 второй объектив 11 с прямоугольной призмой, с отрицательным коллективом 12, фотодатчик 13 фотоэлектрич еского . следящего привода с объективом 14, в фокусе которого расположены выходные 90 торцы световодов, квадрантных свотодиодов 15 и 16, откидного зеркала для визуального наблюдения 17 и окуляра 18, управляющего усилителем 19 ис полнит ел ьньк механ{1змов 20-23 вращения объективйых зеркал относительно Горизонтальной и вертикальной осей, входной и выходной диафрагм спектрального канала 24 и 25, герметического орпуса 26. Центр кривизны первого объективного зеркала -г 27, центр кривизны второго объективного зеркала - 28, центр кривизны коллективного зеркала 29, геометрическая ось МКХ - 27-29, у объективов} 8 и 11 общая оптическая ось - 30. Работа кюветы осуществляется следуюим образом. Коллектив 1 строит изображение зеркала 2 на зеркале 3, которые являются соответственно зрачком входа и выхода попеременно. На фиг. 1 одиночной стрелкой 31 показан ход лучей в спектральном канале МКХ при числе ходов N 4; на фиг. 2 показан ход лучей (вид сзади, со стороны коллективного зеркала) для спектрального канала и в оптической системе фотоэлектрического следяшдего привода при N 4J а на фиг. 3 - ,то же самое при N 8. Изображение первой марки от первого объективного зеркала - 4 , от второгоi объективного, зеркала - 4 , а изображение, перенесенное объективами 11 и 8 на торец световода 10 - 4 . Изображение второй марки от первого зеркала 5. . Ход лучей, строящих изображение первой марки, показан одинарной стрелкой 32 с точкой, а второй марки - двоичной стрелкой 33 с точкой. Расстояние между входной 24 и выходной 25 диарагмамй МКХ обозначено , а расстоя- ние между маркой 4 по горийонтали и ее изображением 4 от второго объективного зеркала, соответствующее четвертому ходу луча в спектральном канале МКХ при любом заданном числе ходов - X . В МКХ системы Уайта число ходов пуча может быть только кратным четы;рем. Расположение объективных зеркал, .показанное на фиг. 1, соответствует минимальному числу ходов N 4. Центр первого объективного зеркала 2 помеща;ется в центре коллективного зеркала ,;При любом числе ходов, а центр второго на горизонтальном уровне 27 точно но вертикальной оси выходной диафрагмы, на нижней ее границе Луч света, вьпнедший из центра выходной диафрагмы, отражаясь от зеркала 2, образует изображение входной диафрагмы (первый блик) на коллективном зеркале под центром кривизны 28 зеркала 3, т.е. при отраже нии от зеркала 3 луч переносит изображение этого блика точно на выходную Диафрагму 25. Одновременно изображени 5 второй марки 5 фотоэлектрического следящего привода от зеркала 2 окажетс на входном торце гибкого световода 7 и с его вькодного торца объективом 14 будет перенесено на квадрантный свето-диод. Если зеркало 2 находится в правильном положении, то сигнала рассогласования на управляющий усилитель непо ступит, а если зеркало 2 будет случай(ю сдвинуто, то исполнительный механизм 20 и 21 привода, подчиняясь сигналу рассогласования, поступившему на управляющий усилитель 19, вернет его в правильное положение. Изображение 4 первой диафрагмы 4 будет находиться на до полнительном коллективе 6, который на,правит пучок лучей на зеркало 3, которо дает вторичное изображение 4 через светоделительную грань кубика 9 на вход ном торце световода 1О и с выходного торца объективом 14 оно будет перенесено на квадрантный светодиод 15. Если зеркало 3 находится точно в заданном положении, то его центр кривизны 28 при N 4 находится точно на вертикальной оси выходной диафрагмы 25 и, следовательно, изображение входной диафрагмы 24 проецируется на выходную 25 без искажения сигнала, а изображение 4 на квадрантном светодиоде будет расположено симметрично, и на усилитель 19 не поступит сигнал рассогласования,, исполнительные механисзмы aefvкала 3 останутся в покое. Если произойдедг рассогласование в положении зерка ла 3, то на светодиоде 15 изображение уйдет от положения симметрии, возникнет сигтал: рассогласования, который будет усилен усилителем 19 и передай на исполнительные механизмы 22 и 23, которые вернут зеркало 3 в правильное положение. Отрицательный коллектив 12 совместно с объективом 11 строит изображение зрачка вне хода системы (изображение .зеркала 3), что уменьшает световой диаметр объектива 8. Изменение числа ходов в МКХ достигается разворотом зеркала 3 по часовой стрелке, при этом его центр кривдзны 28 сближается по горизонтальному направлению с центром кривизны 27 зе1 кала 2. На фнг. 3 показан ход лучей в спектральном канале и в оптической схеме фотоэлектрического следящего при. вода, которая строит изображение марок И 4 и 5 при числе ходов в спектральном канале МКХ . Изображение марки 4 строится далее объективами 8 и 11 на входном торце световода 10. Из сопоставления фиг. 2 и 3 следует, что расстояние X между маркой 4 и ее изображением 4 всегда равно Л- . . Таким образом, если установить по этой координате объектив 11 с отрицательньпл коллективом 12 и разворотом зеркала 3 относительно вертикальной оси ввести изображение поле объектива 11 на коллективе 12 (что можно наблюдать в окуляр 18 фотодатчика 13) и включить затем фотоэлектрический следящий привод стабилизации положения зеркала 3, то оно будет установлено точно в заданное положение, т.е. такое, когда изображение входной диафрагмы 24 не будет срезано диафрагмой 25, и будет сохранять свое положение на протяжении всего эксперимента. При наличии данного изобретения установление числа ходов может быть автоматизировано. Для этого механизм установки объектива 11 по значению Х..| можно связать с задающим электромеханизмом, который должен при- . водить объектив 11 в заданное положений со скоростью, согласованной со скоростью фотоэлектрического следящего привода зеркала 3 . Световоды въшедены из корпуса 26 МКХ через специальные герметические устройства. Изобретение содфжит специальную оптическую систему, проецирующую изображение двух световых марок через зеркальную систему кюветы на фотодатчик следяпдего привода объективных зеркал МКХ, расположенный снаружи МКХ при помощи световодов. Благодаря подвижке одного из объективов этой системы с возможностью точного отсчета его положения, возможна быстрая объективная установка числа ходов.Луча в спектральном канале МКХ с обеспечением точного входа исследуемого оптического сигнала через въкодную диафрагму МКХ в течение всего эксперимента для любой области спектра. Данная МКХ позволяет увеличить точость регистрации спектрограмм, повышаот надежность прибора и упрощает его конструкцию „ Формула изобретения 1. Многоходовая оптическая кювета, содержащая три зеркала одинекового радиуса кривизны: коллективное, снабженное входной и выходной диа4рагмами спектрального канала, к два объективных удаленньис от кбЛлейгйвногб зёрйй на расстояние радиуса кривизны, причем первое объективное зеркало расположено напротив входной диафрагмы, а второе напротив вькодной диафрагмы, фотоэлектрический следящий гфивод стабилизации положения объективных зеркал относительно вертикальной и горизонтальной осей вращения, состоящий из светящейся марки, фотодатчиков, управляющего усилителя и исполнитетьирго механизма качания объективных зеркал, о т л и ч а ю щ а Яс я тем, что, с целью повыщения точности выведения исследуемого оптического сигнала через выходну диафрагму спектрального канала и утфощения конструкции, под входной диафраг мой спектральйого канала кюветы ниже светового контура {юллективного зеркала помещшы первая и вторая светящиеся марки фотоэлектрического следящего привода, над вЯодной диа4 агмой спектрального канала в поле изображения пе вой марки помешено дополнительное колл тивное зеркало, обращенное в сторону второго объективного закала, а в поле изображения второй марки под дополнительным кoллeктивньnv зеркалом поме-; щен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего- привода, и симметрично дополнительному коллективному зеркалу под выходной диафрагмой ниже светового контура коллективного зеркала расположен светоделительный кубик в оптическом контакте с объективом, оптическая ось которого направлена горизонтально .вдоль поверхности коллективного зеркала, а в фокусе объектива помещен входной торец гибкрго оптического световода, вьжодной торец которого находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода. 2. Кювета по п.1, отличающаяся тем, что на одной оптической оси с первьал объективом навстречу ему помешен второй объектив с прямоугольной призмой, входная грань которой с установленным на ней коллективом обращена в сторону первого объективного зеркала с возможностью отсчета перемещения вдоль общей огггической оси объективов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизеl.,3bhn и. White,Long- Oplicae Paths of Kperlure, TournaC of Ihe Soetety oi Лтепса , V 32, N9 5, 1942, :P. 285-288. 2. Авторское свидетельство СССР № 271058, кл. Q 01 N 21/24, 1969 (прототип),

ff