Осветитель двухлучевого спектрофотометра

 

< !981832

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ив

СоцналнстнчвГник республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 02.06.81 (2! ) 3294402/18-25 (5l )M. Кл .

С 01 J 3/18 с присоединением заявки И

9муйврствиай квинтет

ВИР во дааан юеврвтеввв

1 н впрнтвй (23) Приоритет

Опубликовано 1 5.12.82. Бюллетень М 46 . Дата опубликования описания 17.12.82 (53) УДК 535.853 (088.8) /, О. В.Александров; Л.Б.Капнельсон и Е. И.Лебедев < (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ОСВЕТИТЕЛЬ ДВУХЛУЧЕВОГО СПЕКТРОФОТОМЕТРА

1 !

Изобретение относится к спектрально му приборостроению и может быть использованоо . при создании спектрофотомет ров, предназначенных для научных исследований, а также. химического и структурного анализа.

Известны осветители двухлучевых спектрофотометров, содержащие системы . формирова ния двух оптических к& налов (канала образна и канала сравнения) и два зеркальных коммутатора, первый из которых служит для поочередной подачи излучения в каждый канал, а второйдля выведения излучения иэ обоих каналов ло одному направлению { lj. . 1$

В известных осветителях иэображения источника излучения, сформированные на входной щели монохроматора лучами, прошедшими через разные каналы, ис- 26 кривлению, повернуты- в противоположные стороны относительно оси щели и несимметрично размыты. Искривления иэображений обусловлены аберрапиониыми ис2 кажениями (прежде всего, комой), выз-, ванными неосевым падением пучков на вогнутые зеркала. Компенсапия оберраций общими оптическими элементами од,новременно в обоих каналах принпии но невозможна, так как. в системах формирования двух оптических каналов лучи падают на аналогичные вогнутые зеркала по разные стороны от нормали к отражающим поверкностям. Основной недостаток таких осветителей заклкиается в том, что искажения, вызванные нескомпенсированными аберрапиями, приводят к поте-; ре энергии и ее перераспределению по площади входной щели. Это ухудшает такие основные параметры спектрофотоме ра как разрешение и фотометрическая точность

Наиболее близким к предлагаемому является осветитель двухлучевого снект рофотометра, содержащий оптически свяванные системы формирования двух оптических каналов, состоящие из woczoro u вогнутого зеркал, первый и второй зер1

3 981832 4 кую систему и систему выведения излучения из оптических каналов на второй. коммутатор, оси вогнутых зеркал cIoтемы формирования установлены взаимно параллельно, а угол между плоскими зерсалами этих систем равен углу, образованному отражающей поверхностью первого коммутатора в двух его рабочих положениях, при этом вогнутое зеркало входной оптической системы установлено по Z, -образной схеме с каждым иэ 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 иэ плоских 1 и 1 и вогнутых 2 и 2 зеркал, зеркальный коммутатор, представляющий собой, например, вращающийся зеркальный попудиск — модулятор 3 и плоское зеркало 4. Перед коммутатором 3,4 расположена входная оптическая система, представляющая собой вогнутое зеркало 5, за которым вблизи коммутатора 3,4 находится проме. жуточное изображение источника излучения 6. Оси 0202 и 02 02 вогнутых зеркал 2,2 установлены взаимно па7

7 раллельно. Угол между зеркалами 1 И 1 равен углу между отражающими поверхностями модулятора 3 и зеркала 4. 3еркало 5 входной оптической системы уотановлено так, что оно составляет с каждым из зеркал 2 и 2 оптически эквивалентные L -образные схемы. Это означает, ю-первых, что углы между

7 7 отрезками О О, О„О оптических осей et формирования и осями ОгОз

О О зеркал 2,2 равны углу между отрезком О О оптической оси входной системы и осью О О - отражателя 5, Во вторвцс, это означает, что отрезки ОбО

0 0 ОЗО О О 0 09 и О О О О

-О О -0„ О -О О образуют (без учета изломов, вносимых зеркалами 3,1 и 4,1 ) фигуру, подобную букве Е . кальнйе коммутаторы с двумя рабочими положениями, входную оптическую систему и систему, выведения излучении из оптических каналов на второй коммутатор.

Указанные изображения источника излучения, в том числе и промежуточные,. создаются парами вогнутых зеркал, ищимно ориентированных по Е -образной схеме, при которой; лучи падают на каждое из зеркал, образующих пары, по раз tO ные стороны от нормалей к отражающим поверхностям, что приводит к компенсашйи аберрапий вогнутых зеркал. Одна такая пара, расположенная во входной оптической системе, создает иэображение источника вблизи первого зеркального коммутатора. Эта система содержит также три плоских зеркала..Плоские зер кала систем формирования в осветителепрототипе установлены по разные стороны э каналов, а вогнутые зеркала образуют с этими осями острые углы, равные по абсолютной величине, но противоположные по знаку. Системы формирования проектируют в кюветное отделение искрив- ленные в противоположные стороны изображения источника. излучения. Исцравлеtate кривизны производится с помощью двух вогнутых зеркал, вводящих в систему выведения излучения из оптических каналов на второй коммутатор. Эта система содержит, кроме того, два йлоских зеркала $2).

Осветитель содержит большое число оптических элементов, в том числе, вогнутых зеркал, часть из которых тороиды, что затрудняет его сбо жу и юстировку, удорожает конструкцию и увеличивает

его габариты. Особенно значительно увеличивает габариты расположение в кювет-. ном отделении промежуточных изображений источника излучения. Кроме того, наличие в осветителе оптических элемен тов, необходимых только для исправления кривизны и размытия путем использова4S ния 7 -образных схем, приводит к дополнительным энергетическим потерям.

Белью изобретения является упрощение: конструкции осветителя, уменьшение энер ; этических потерь.

Поставленная пель достигается тем, что в осветителе двухлучевого спектрофотометра, содержащем оптически связанные системы формирования двух оптических каналов, состоящие из плоского и вогнутого отражателей, первый и второй зеркальные коммутаторы, имеющие два рабочих положения, входную оптичео

В пространстве между зеркалами 1 и 1 и плоскостью АА, в которой находятся изображения источника излучения

6, расположено кюветное отделение спек ° трофотометра. Ecmi спектрофотометр выполнен по принципу оптической компенсании, в плоскости А-А должны быть уста« новлены нейтральные оптические клинья

7,8 для уравнивания потоков излучения в в обоих каналах.

Осветитель двухлучевого спектрофотометра, содержащий оптически связанные5 9818

За плоскостью AA расположены плоо»: кие зеркала 9,10 и 9,10, образую шие систему выведения излучения из, оптических каналов на второй коммута тор, состоящий, например, из вращаняце % гося модулятора 11 и плоского зеркала 12. После коммутатора установлено вогнутое зеркало 13, которое входит в систему, . оптически сопрягающую плос кость AA с входной щелью монохромато- >4 ра, расположенною за осветителем.

В осветителе все оптические элемен- . ты, расположенные в каждом из оптичео ких каналов, имеют аналогичные эле менты в другом, причем модуляторам . З

3 и 11 в канале образца соответствуют зеркала 4 и 12 в канале сравнения.

Осветитель работает следующим образом.

В процессе вращения модулятора 3 ур первый зеркальный коммутатор 3,4 поочередно устанавливается в два рабочих положения. Одно нз этих положений соответствует падению излучения от источника 6 на модулятор 3, т.е. подаче из- 25 лучения в канал образца, сформированный зеркалами 1,2. Другое рабочее положение коммутатора 3,4 соответствует падению излучения на зеркало 4, т.е. подаче излучения в канал сравнения, сфор- ра мированный зеркалами 1 -2 . Частота коммутации определяется схемой регистрации и для ИК-спектрофотометра обычно равна 8-12,5 Гц. С помощью второго коммутатора (11,12) излучение из обоих каналов попеременно 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 коммутатор может быть выполнен в виде единственного плоского зеркала, колеблющегося вокруг оси, церпенднкулярной плоскости расположения оптических осей кана лов образца и сравнения. В этом случае первому и второму рабочему положению коммутатора соответствуют крайние точки колебаний зеркал, в которых они останавливаются на время, равное 0,3-0,5 периода колебаний.

Периоды работы коммутаторов могут быть различными, что позволяет реализовать различные режимы измерений, например, с компенсацией собственного из

И лучения образца.

В любом варианте реализации за счет

)того,, что в осветителе оси вогнутых зер32 6 кап 2,2 взаимно параллельны, а углы ,между зеркалами 1 и 1 и зеркалами 3 и 4 равны, излучение надает на вогнутые ;поверхности зеркал 2 и 2 под одинако выми углами. Это позволяет компенсировать аберрации в каждом из них с помощью одного, общего для обоих каналов оптического элемента - зеркала 5. Как

1. следствие, появляется возможность умень шить число зеркал в осветителе, т.е. ,упростить его. При этом такое расположение элементов в каждом из каналов определяет равенство структур пучков в них, а также одинаковое спектральное распределение энергетических потерь. Тем самым выполняются основные требования, предъявляемые к осветитеаЬ двухлучевых . спектрофотометров.

Кроме того, рассматриваемая схема позволяет получать изображения источника 6 в плоскости АА, т.е, местах расположения нейтральных клиньев 7 и 8, максимально исправленные на аберрации, приводящие к потере энергии. Искривления, вызванные комой зеркал 2 и 2, компенсируются вогнутым зеркалом 5, образующим с ними -образные схемы а астигматкзм можно компенсировать, выполнив зеркало 5 торинеским. Это позволяет систему выведения выполнить;из плоских зеркал, за счет чего дополнительно упростить схему осветителя.

Такиа образом, осветитель обеспечивает простыми средствами исключение потерь энергии, вызванные аберрационными искажениями. Одновременно в связи с уменьшением числа зеркал уменьшаются габа,риты осветителя и потери наотражение. Спедовательно, его реализация обеспечивает технический эффект. Эконо мический эффект от внедрения осветит ля 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 которых применяют спектрофотометры. Величина эффекта, существенно зависящая от условий применения, может быть оценена на этапе эксплуатации приборов, реализующих предлагаемую схему осветителя.

Формула изобретения

7: 9818 си с т ь ф р и рова н И д ух о и ч в : л ф

KQналОв, состоящие нз плоского и вог нутого зеркал, первый и второй melam ные комМутаторы, имеющие два рабочих положення, входную оптическую систему и систему выведении излучения из оптических каналов на второй коммутатор, отличающийся твм,что,с ,пелью упрощения конструкции осветите;ля и уменьшения энергетических потерь,,lo оси вогнутых зеркал систем формирования установлены взань но. параллельно, а угол между плоскими. зеркалами этих систем равен углу, образованному отражающей

32 поверхностью первого коммутатора в двух. его рабочих положениях, при этом вогнутое зеркало входной оптической системы установлено по Z -образной схеме с кам» дым из вогнутых зеркал систем формиро вання, а система выведения излучения образована плоскими зеркалами.

Источники информацщк, принятые во внимание при экспертизе

1. Тарасов К.И. Спектральные прибс« ,ры. Л., Машиностроение, 1977, с.183.

2. Патент.США % 3822941, кл. 356-100, опублик. 1974.

Составитель Л. Гойкмаи Редактор Н. Горват Твхред А. Ач К,орректор В. Бутяга

Заказ 9698/60 Тираж 887 : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Paymucas наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4