Спектроскоп



Спектроскоп
Спектроскоп

 


Владельцы патента RU 2457446:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании спектральных приборов. Спектроскоп содержит последовательно расположенные по оптической оси входную щель, проекционный объектив, вогнутую пропускающую дифракционную решетку с криволинейными штрихами и переменным расстоянием между ними и регистрирующее устройство. Проекционный объектив обеспечивает формирование изображения входной щели в центре кривизны заштрихованной поверхности. Радиус кривизны штрихов решетки и их шаг являются функциями координаты в меридиональной плоскости точки на решетке, а также зависят от радиуса кривизны решетки, частоты штрихов в вершине решетки, средней длины волны рабочего спектрального диапазона и порядка дифракции. В спектроскопе реализуется схема прямого видения и обеспечивается достаточно высокое разрешение при заметно большей, чем у аналогов, апертуре. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании спектральных приборов.

Известны спектрографы с плоскими дифракционными решетками, установленными в параллельных пучках (Беляков Ю.М., Павлычева Н.К. Спектральные приборы: Учебное пособие / Под ред. д.т.н. Н.К.Павлычевой - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2007. - С.39-45) - [1].

Такие спектрографы содержат последовательно расположенные щель, коллиматорный объектив, плоскую дифракционную решетку, камерный объектив, регистрирующее устройство. Однако применение коллимирующей и фокусирующей оптики ведет к уменьшению светопропускания, повышению уровня рассеянного света, увеличению габаритов и стоимости прибора.

Известны также спектральные приборы с плоской дифракционной решеткой, установленной в сходящемся пучке (Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Изд-е 2-е, доп. и перераб. - Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-е), 1975. - С.261-263) - [2]. Такие схемы просты и компактны, позволяют реализовать прямое видение, но обладают большими аберрациями и невысокой разрешающей способностью, что является их существенным недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является спектрограф, содержащий последовательно расположенные по оптической оси входную щель, вогнутую отражательную дифракционную решетку с криволинейными штрихами и переменным расстоянием между ними и регистрирующее устройство (Авторское свидетельство №1094432 СССР, МКИ G01J 3/18. 1981. Спектрограф / Нагулин Ю.С., Павлычева Н.К.) - [3].

В данном спектрографе фокусировка спектра осуществляется на цилиндрической поверхности, что при использовании плоских фотоэлектрических приемников приведет к увеличению аберраций, кроме того, в нем невозможно реализовать прямое видение.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в улучшении качества изображения и увеличении светосилы спектрального прибора при реализации схемы прямого видения.

Технический результат достигается тем, что в спектроскопе, содержащем расположенные по оптической оси входную щель, вогнутую дифракционную решетку с криволинейными штрихами и переменным расстоянием между ними и регистрирующее устройство, новым является то, что между входной щелью и дифракционной решеткой установлен проекционный объектив, формирующий изображение щели в центре кривизны заштрихованной поверхности дифракционной решетки, выполненной пропускающей, имеющей штрихи с радиусом кривизны ρ

ρ=ρ0+ру,

где

ρ0=-1699,725932-0,748378R2+0,050414(kλN)2R3+0,000125R3,

р=1,

и переменное расстояние между штрихами

e=e0(1+µу+νу2),

где

при этом регистрирующее устройство расположено на расстоянии d'cp от вершины решетки и ориентировано перпендикулярно лучу средней длины волны рабочего спектрального диапазона, дифрагированного в вершине решетки, причем

d'ср=-0,1393944+0,9997699R+0,4492115(kλN)2·R-22,1294577(kλN)3,

где

R - радиус кривизны решетки,

у - координата в меридиональной плоскости,

N - частота штрихов в вершине решетки,

λ - средняя длина волны рабочего спектрального диапазона,

e0 - расстояние между штрихами в вершине решетки,

k - порядок дифракции.

В спектроскопе подложка дифракционной решетки выполнена в виде ахроматического мениска.

Заявленный спектроскоп позволяет реализовать схему прямого видения при коррекции аберраций на плоскости, которая позволяет получить достаточно высокое разрешение при заметно большей, чем у аналогов, апертуре.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-фиг.2, где:

фиг.1 - принципиальная оптическая схема устройства для визуальной регистрации спектров пропускания, представляющего собой пример использования заявляемого схемного решения спектроскопа;

фиг.2 - вид на заштрихованную поверхность дифракционной решетки,

Здесь: 1 - источник света; 2 - осветительная система; 3 - кювета для образца; 4 - входная щель; 5 - проекционный объектив; 6 - пропускающая вогнутая дифракционная решетка; 7 - плоскость спектра; 8 - окуляр; ρ - радиус кривизны штрихов дифракционной решетки; e - шаг штрихов дифракционной решетки; d'cp - расстояние от вершины дифракционной решетки до середины спектра.

После источника света 1 на оптической оси последовательно расположены первый компонент осветительной системы 2, кювета для образца 3 и второй компонент осветительной системы 2, например одиночные положительные линзы. После осветительной системы расположена входная щель 4 таким образом, чтобы обеспечивалось равномерное заполнение входной щели световым потоком. Проекционный объектив 5 расположен после щели на расстоянии, равном переднему отрезку объектива. После проекционного объектива установлена пропускающая дифракционная решетка 6 таким образом, что изображение щели находится в центре кривизны заштрихованной поверхности решетки. Радиус кривизны штрихов решетки и их шаг являются функциями координаты в меридиональной плоскости точки на решетке (фиг.2), а также зависят от радиуса кривизны решетки, частоты штрихов в вершине решетки, средней длины волны рабочего спектрального диапазона и порядка дифракции. Плоскость спектра 7 находится на расстоянии d'cp от вершины решетки и ориентирована перпендикулярно лучу средней длины волны рабочего спектрального диапазона, дифрагированного в вершине решетки. Плоскость спектра находится в фокальной плоскости окуляра 8 либо совпадает с плоскостью другого регистрирующего устройства.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом. Излучение от источника света 1, сформированное осветительной системой 2, проходит через кювету с образцом 3 и попадает на входную щель спектроскопа 4. Далее излучение, прошедшее входную щель 4, попадает на проекционный объектив 5, формирующий сходящийся пучок таким образом, что изображение щели 4 располагается в центре кривизны заштрихованной поверхности пропускающей дифракционной решетки 6. Дифрагированный пучок света фокусируется в плоскости 7. Спектр регистрируется визуально при помощи окуляра 8 или другим способом.

Таким образом, реализуется схема прямого видения за счет применения проекционного объектива и пропускающей дифракционной решетки, а также обеспечивается достаточно высокое разрешение при заметно большей, чем у аналогов, апертуре за счет использования искривленных штрихов и переменного шага штрихов дифракционной решетки.

1. Спектроскоп, содержащий расположенные по оптической оси входную щель, вогнутую дифракционную решетку с криволинейными штрихами и переменным расстоянием между ними и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что между входной щелью и дифракционной решеткой установлен проекционный объектив, формирующий изображение щели в центре кривизны заштрихованной поверхности дифракционной решетки, выполненной пропускающей, имеющей штрихи с радиусом кривизны ρ:
ρ=ρ0y,
где ρ0= -1699,725932-0,748378R2+0,050414(kλN)2R3+0,0001257R3;
ρ=1,
и переменное расстояние между штрихами
е=е0(1+µy+νy2),
где

при этом регистрирующее устройство расположено на расстоянии d'cp от вершины решетки и ориентировано перпендикулярно лучу средней длины волны рабочего спектрального диапазона, дифрагированного в вершине решетки, причем
d'ср=-0,1393944+0,9997699R+0,4492115(kλN)2·R-22,1294577(kλN)3,
где R - радиус кривизны решетки;
у - координата в меридиональной плоскости;
N - частота штрихов в вершине решетки;
λ - средняя длина волны рабочего спектрального диапазона;
е0 - расстояние между штрихами в вершине решетки;
k - порядок дифракции.

2. Спектроскоп по п.1, отличающийся тем, что подложка дифракционной решетки выполнена в виде ахроматического мениска.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к спектральным газоразрядным лампам для атомной абсорбции и предназначено для использования в спектрометрах абсорбционного типа. .

Изобретение относится к устройствам разделения оптического сигнала по длинам волн и может быть использовано для пирометров различного типа. .

Изобретение относится к медицине, медицинской диагностике, а именно к исследованиям с помощью оптических средств. .

Изобретение относится к микрофлуориметрическим исследованиям одиночных клеток. .

Изобретение относится к измерительному устройству (14), содержащему датчик (16) для определения, по меньшей мере, одного компонента и/или, по меньшей мере, одного из свойств материала (4), причем датчик (16) содержит, по меньшей мере, один источник (18) освещения, который направляет, по меньшей мере, один световой луч (20) на подлежащий исследованию материал (4), а измерительное устройство (14) содержит, по меньшей мере, один эталонный объект (34, 32, 33) для калибровки измерительного устройства (14), при этом часть светового луча (20) источника (18) освещения отклоняется на эталонный объект (34, 32, 33) так, что устраняется необходимость в попеременном переходе с исследуемого материала на эталонный объект.

Изобретение относится к оптическим методам исследования тонких слоев на поверхности металлов и полупроводников, а именно к инфракрасной (ИК) спектроскопии диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к области диагностики йодидов из зон окисленных руд. .

Изобретение относится к средствам наблюдения за процессом нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в приборостроении, электронной промышленности и машиностроении для контроля скорости осаждения и состава осажденных покрытий.

Изобретение относится к области фотоколориметрии и может быть использовано для измерения цветовых параметров поверхности твердых материалов, например металлов, пластмасс, стекла, бумаги и т.д.

Изобретение относится к анализу волос, в частности к способу и устройству для освещения волос с целью их анализа

Изобретение относится к области колориметрии для измерения и количественного выражения качества цвета

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к спектрометрии, спектроскопии и спектрофотометрии

Изобретение относится к электротермическому атомизатору для определения благородных металлов

Изобретение относится к способу определения золота в отходах производства элементов электронной техники методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС)

Изобретение относится к оптическим методам исследования материалов, а именно к определению спектров комплексной диэлектрической проницаемости или оптических постоянных

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам и устройствам для цветовой классификации объекта или их поверхностей на основе анализа цветовых параметров объекта, и может быть использовано для решения различных прикладных задач, например для сортировки полезных ископаемых и их селекции, для сортировки промышленных или бытовых отходов, для контроля качества продуктов или промышленных изделий и т.д
Наверх