Осветитель двухлучевого спектрофотометра Советский патент 1982 года по МПК G01J3/18 

(54) ОСВЕТИТЕЛЬ ДВУХЛУЧЕВОЮ СПЕКТРОФОТОМЕТРА

Изобретение относится к спектральноj-му приборостроению и может быть ноПользовано прк создании спектрофотометр ров, предназначенных для научных исследований, а также химического и структурного анализа. Известны осветители двухпучевых спектрофотометров, содержащие системы -формированЕГя двух оптических каналов (канала образца и канала сравнения) и два зеркальных коммутатора, первый вз которых слууккг для поочередной подачи взлучения в каждый канал, а второй для выведения излучения вз обоих каналов по одному направлению l. В известных осжетитеоях изображений источника излучения, сформированные на входной щели монохроматоре лучами, прошедщимв через разные канаты, иокривлены, повернуты в противоположные стороны относительно оси щели и несимметрично рваыыты. Искривления взображеняй обусловлены аберрационными искажениями (прежде всего, комой), вызванными неосевым падением пучков не вогнутые зеркала. Компенсация общими оптическими элементами одновременно в обоих каналах принципиально невозможна, так как;.в системах формирования двух оптических каналов лучи падают на аналогичные вогнутые зеркала по разные стороны от к отражающий поверхностям. Основной недостаток таких осветителей заклк«ается в , что искажения, вызванные нескомпенс рованными аберрациями, приводят к поте-, ре энергии и ее перераспределению по площади входной щели. Это ухудшает такие основные параметры спектрофотометр ра как разрешение и фотометрическая точность. Наиболее близким к пр(лагаа«(ому . является осветитель двухлучевого спект рофотометра, содержащий оптически связанные системы формирования двух опт ческих каналов, состоящие вз плоского к вогнутого зеркал, первый и второй . .

39818324

квльвые коммутаторы с рабочим кую систему и систему выведения излу

положениями, входную оптическую систе- чешш вз оптических каналов на второй му и систему-выведения излучения иэ оптичесжих каналов на второй коммутатор. Указанные изображения источника излучения, в том числе и промежуточные, создаются парами вогнутых зеркал, вза им но ориентированных по Z -образной схеме, при которой, лучи падают на каждое из зеркал, образукядих пары, по разныф стороны от нормалей к отражающим поверхностям, что приводит к компенсации аберраций вогнутых зеркал. Одна такая пара, расположенная во входной сеттрческой системе, создает изображ&ние источника вблизи первого зеркального коммутатора. Эта система содержит также три плоских зеркала. Плоские зер кала систем формирования в осветителепрототипе установлены по стороны каналов, а вогнутые зеркала образуют с этими осями ocTjbie углы, равные по абсолютной величине, но противополож№10 по знаку. Системы формирования проектируют в кюветное отделение искривленные в противоположные стороны изображения источника .излучения. Исправление кривизны производится с помощью двух вогнутых зеркал, вводящих в систему выведения излучения из оптических каналов на второй коммутатор. Эта сиотема содержит, кроме того, два плоских зеркала 2 . Осветитель содержит большое число оптических элементов, в том числе, вог- нутых зеркал, часть из которых тороиды, что затрудняет его сборку и юстировку, удорожает конструкцию и увеличивает его габариты. Особенно значительно увеличивает габариты расположение в кюветном отделении промежуточных кзображеНИИ источника излучения. Кроме того, наличие в осветителе оптических элеме тов, необходимых только для исправления кривизны и размытия путем использования Z,-образных схем, приводит к дополнительным энергетическим потерям. . Целью изобретения является упрощение конструкции осветителя, уменьщениа энер тических потерь. Поставленная цель достигается тем, что в осветителе двутшучевого спектрофотометра, содержащем оптически связанные системы формирования двух оптических каналов, состоящие из Ълоского и вогнутого отражателей, первый и второй зеркальные коммутаторы, имеющие два paOoHVDt положения, входную оптичео-j коммутатор, оси вогнутых зе|исал сиотемы формировашя установлены взашъ но параллельно, а угол 1дежду плокжими зер9Есалами этих систем равен углу, образованному отражающей поверхностью первого коммутатора в двух его рабочих положениях, при этом вогнутое зеркало входной оптической системы устано&лено по Z -образной схеме с каждым из вогнутых зеркал систем формирования, а система выведения излучения образована плоскими зеркалами. На чертеже показана оптическая схема предлагаемого осветителя. Осветитель содержит системы формирования двух оптических каналов, состоящие из плоских 1 и 1 и вогнутых 2 и 2 зеркал, зеркальный коммутатор, представляющий собой, например, вращакицийся зеркальный полудиск - модулятор з и плоское зерясало 4. Перед коммутатором 3,4 расположена входная оптическая система, представляющая собой вогнутое зеркало 5, за которым вблизи коммутатора 3,4 находится промежуточное изображение источника излучения 6. Оси OgOj и Oj 92 вогнутых зеркал 2,2 установлены взаимно параллельно. Угол между зерасалами 1 И l равен углу между отражающими по верхностями oдyлятopa 3 и зеркала 4. Sejvкало 5 входной оптической системы уотановлено так, что оно составляет с каждым вз зеркал 2 и 2 оптически эквивалентные Z -образные схемы. Это означает, во-перш 1х, что между отрезками О О2, О О оптических осей системы формирования и осями OgO,, 0,02 зеркал 2,2 равны углу между отрезком G(f 5 оптической оси входной системы и осью отражателя 5. Во, вторшх, это означает, что отрезки -OrOo-O O -O Oo-OgOo и O/O y-OyOj о О -О, О -О Од образуют (без учетаЧзломов, вносимых зеркалами 3,1 и 4,1) фигуру, подобную букве Z . В пространстве между зеркалами 1 -и 1 и плоскостью АА, в которой находятся изображения источника излучения 6, расположено кюветное отделение ссек трофотометра. Если спектрофотометр) выполнен по принципу оптической компевса НИИ, в плоскости А-А должны быть установлены нейтральные оптические клиньй 7,8 для уравнивания потоков излучения в в обоих каналах. За плоскостью АЛ расположены ппоо кве зеркала 9,1О и ЭДО, образуювгае систему выведения вэлучеввя вз . оптических каналов на второй ксялмутатор, сосгояогай, например, вз ьрашакице гося модулятора 11 и плоского зеркала 12. После коммутатора установлено вогиутре зеркало 13, которое входит в систему,. опт1мески сопрягающую плоокость АА с ВХОДНОЕ щелью монохроматора, расположенного за осветителем. В осветителе все (штические элементы, расположенные в каждс д ю оптичео ких каналов, имеют аналогичные элементы в другом, причем модуляторам 3 и 11 в канале образца соответствуют зеркала 4 и 12 в канале сравнения. Осветитель работает следующим образом. В процессе вращения модулятора 3 первый зеркальный коммутатор 5,4 поочередно устанавливается в два рабочих положения. Одно из этих положений соответствует падению излучения от источника 6 на модулятор 3, т.е. подаче из- лучения в канал образца, сформированный зеркалами 1,2. Другое рабочее положение коммутатора 3,4 соответствует падению излучения на зершло 4, т.е. подаче, излучения в канал сравнения, сфорнмированный зеркалами l -2. Частота коммутации определяется схемой регистра ции и для ПК-спектрофотометра обычно равна 8-12,5 Гц. С помощью второго коммутатора (11,12) излучение из обоих каналов попе ременно направляется на зеркало 13 и далее на входную щель монохроматора. Оба коммутатора 3,4 и 11 , 12 работают синхронно. Помимо изображенного на чертеже, возможны и другие варианты реализации осветителя. Например, один или каждый ки 4мутатор может быть выполнен в виде единственного плоского зеркала, колеблк щетося вокруг оси, перпендикулярной пло кости расположения оптических осей кана лов образна в сравнения. В этом случае первому и второму рабочему положению ксялМутатора соответствуют крайние точк колебаний зерсал, в которых они останавлвваются на время, равное 0,3-О,5 периода колебаний. Периоды работы коммутаторов могут быть различными, что позволяет реализовать различные режимы измерений, например, с компенсацией собственного из лучения образца. В любом варианте реализации за счет /того,, что в осветителе оси вогнутых зер {кал 2,2 взаимно параллельны, а углы между зеркалами 1 и 1 и зеркалами 3 и 4 равны, взлучеше падает на вогнутые |поверкностн зеркал 2 в 2 под одинаковымв ушамв. Это позволяет компенсировать аберрапви в каждом va них с помощью одного,общего для обоих каналов оптического элемента - зеркала 5. Как следствие, появляется возможность умень шить число зеркал в осветителе, т.е. ;упроствть его. При этом такое расположение элементов в каждом из каналов определяет равенство структур пучков в гшх, а также одинаковое спектральное распределение энергетических потерь. Тем самым выполняются основные требования, предъявляемые к осветитедЛэ двухлучевых спектрофотометров. Кроме того, рассматриваемая схема позволяет получать изображения источн&fs:a 6 в плоскости АА, т.е. местах расположения нейтральных клиньев 7 и 8, максимально исправленные на аб ерраш1И, ириводящие к потере энергии. Искривления, вызванные комой зеркал 2 в 2, компенсируются вогнутым зеркалом 5, образующим с ними Z-образные схемы а астигматизм можно компенсировать, ВЫПОЛНИВ зеркало 5 торинескнм. Это позволяет систему выведения- выполнить вз плоских зеркал, за счет чего дополнительно упростить схему осветителя. Таким образом, осветитель обеспечивает простыми средствами исключение потерь энергии, вызванные аберрационными искажениями. Одновременно в связи с уменьшением числа зеркал уменьшаются габариты осветителя и потери на отражение. Спедовательно, его реализация обеспечивает технический эффект. Экономический эффект от внедрения осветителя может возникнуть только в процессе его использования за счет улучшения эксплуатационных параметров прибора. К последним в данном случае, относится не только улучшение качества и ускорение регистрации спектра из-за выигрыша в энергии, но и экономия производственных площадей в лабораториях, в KOTOJMX пр меняют спектрофотометры. Величина эффекта, существенно зависящая от условий применения, может быть оценена на этапе эксплуатации приборов, реализующих предлагаемую схему осветителя. Формула изобретения Осветитель двухлучевого спектрофотометра, coдepжaщvIй оптически связанные 798 системы форьшроввния двух оптических Еа{шлов, состояпше во плоского в вог вуто1Ч -зеркал, первый в второй зеркальч isje к(яллугвторы, имекхцне два рабочюс положенья, входную оптичесжую систему в систему выведешга увпучекея из oniTttческшс каналов на второй коммутатор, отличающийся тем, что, с .цепью упрощения конструкции осветите-ля и уменьшения энергетических потерь, оси вогнутых зеркал систем формирования установлены параллельно, а угол между плоским и. зеркалами этих систем

равен углу, образованному отражающей

кл. 356-1ОО, соубяик. 1974. 2 поверхностью первого кс(и1мутатора в двух его рабочих.положеншхх, при атом вогн) тое зеркало входной сшттеской системы установлено по Z -образной схеме с ках дым из вогнутых систем формчгро вания, а система выведения излучения образована плоскими зерсалами. Источники информаои х; принятые во вниманиепри экспертизе 1.Тарасов К. И. Огектральные прибор ры. Л., Машиностроение, 1977, с. 183. 2.Патент США № 3822941,