close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14634

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01J 3/18 (2006.01)
МОНОХРОМАТОР ДЛЯ СПЕКТРОФОТОМЕТРА
(21) Номер заявки: a 20090877
(22) 2009.06.15
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Совместное общество с
ограниченной
ответственностью
"Проскан специальные инструменты" (BY)
(72) Авторы: Киселев Виталий Владимирович; Копачевский Валерий Джанович; Шабусов Александр Илларионович (BY)
BY 14634 C1 2011.08.30
BY (11) 14634
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Совместное общество с ограниченной ответственностью "Проскан специальные инструменты" (BY)
(56) RU 2248536 C1, 2005.
SU 1562716 A1, 1990.
SU 1557457 A2, 1990.
SU 1286909 A1, 1987.
JP 2008292193 A, 2008.
US 2003142308 A1, 2003.
(57)
1. Монохроматор для спектрофотометра, содержащий входную и выходную щели,
коллиматорное и фокусирующее зеркала, первую и вторую дифракционные решетки, оптический элемент, выполненный в виде пары зеркал с углом 90° между ними в сагиттальной плоскости, и поворотное устройство, отличающийся тем, что дифракционные
решетки выполнены с отверстиями для прохождения излучения и смонтированы в одном
узле с возможностью перемещения посредством поворотного устройства, входная и выходная щели конструктивно совмещены в один узел, причем входная щель, расположенная на одной оптической оси с коллиматорным зеркалом, первая дифракционная решетка
и оптический элемент смонтированы в первой меридиональной плоскости, а выходная
щель, расположенная на одной оптической оси с фокусирующим зеркалом, и вторая дифракционная решетка смонтированы во второй меридиональной плоскости.
2. Монохроматор по п. 1, отличающийся тем, что меридиональные плоскости разделены диафрагмой с отверстием, расположенным между зеркалами оптического элемента.
3. Монохроматор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что рабочие поверхности дифракционных решеток выполнены на одной подложке, содержащей два отверстия для
прохождения излучения.
Фиг. 1
BY 14634 C1 2011.08.30
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в
качестве отдельного устройства, а также в составе спектрофотометров общего назначения
для рутинных анализов в заводских лабораториях и исследовательских целях в области
химии, биологии, медицины, станциях экологического контроля, центрах метрологии и
стандартизации и многих других сферах.
Известны технические решения исполнения монохроматоров с двукратной дисперсией [1]. В частности, схема Уолша включает двойное прохождение света через всю оптическую систему автоколлимационного монохроматора. Вблизи фокальной плоскости монохроматора с призмой P размещены два малых плоских зеркала M1 и M2. Свет, падающий
на зеркало M1, направляют обратно в диспергирующую систему и получают двойную
дисперсию для некоторой длины волны λ2. Одновременно на выходную щель S' попадает
свет другой длины волны λ1, диспергированный только один раз. В пучке света, отраженном от M2, или между зеркалами M1 и M2 устанавливают механический прерыватель; усилитель приемника настраивают на частоту прерывания света и регистрируют только
излучение длины волны λ2. Такое техническое решение эквивалентно двойному монохроматору, при этом очевидно, что вместо пары зеркал в фокальной плоскости можно поместить одно плоское зеркало, получится сложение, а не вычитание дисперсий. С помощью
этой же пары зеркал ("эккера") можно получить и многократное (3-4 и более раз) прохождение света через оптическую систему.
Недостатком монохроматора со схемой Уолша является необходимость применять
модулятор света для разделения однократно и двукратно диспергированного излучения,
что уменьшает величину регистрируемого приемником лучистого потока в 2-3 раза.
Известен также двойной эшелле-монохроматор [2]. Монохроматор содержит оптически связанные и последовательно расположенные входную щель, первое поворотное зеркало, первый коллимирующий объектив, первую дифракционную решетку типа эшелле,
первый фокусирующий объектив и промежуточную щель; второй коллимирующий объектив, вторую дифракционную решетку типа эшелле, второй фокусирующий объектив, второе поворотное зеркало и выходную щель. Центры поверхностей всех оптических
элементов лежат в одной плоскости, проходящей через общую ось вращения дифракционных решеток и параллельную их штрихам. Дифракционные решетки установлены с
возможностью независимого одна от другой поворота, а периоды первой d1 и второй d2
дифракционных решеток, углы их поворота ϕ1 и ϕ2, а также рабочие порядки спектров K1
и K2 удовлетворяют соотношению
d1 sin ϕ1 K1
=
.
d 2 sin ϕ2 K 2
Штрихи дифракционных решеток имеют по две рабочие зеркальные грани.
Предложен монохроматор с неподвижной входной щелью [3]. Монохроматор содержит оптически связанные неподвижную входную щель, вогнутую асферическую дифракционную решетку с переменным шагом и прямолинейными штрихами, а также выходную
щель. Входная и выходная щели установлены в одной плоскости, расположенной перпендикулярно нормали к вершине дифракционной решетки на расстоянии от вершины, равном сагиттальному радиусу кривизны решетки, по разные стороны от нормали к вершине
решетки. Выходная щель установлена с возможностью перемещения по линии пересечения указанной плоскости с меридиональной плоскостью решетки.
Недостатком эшелле-монохроматора и монохроматора с неподвижной входной щелью
является достаточно высокие искажения, вызванные аберрацией.
Наиболее близок к предлагаемому техническому решению монохроматор для спектрофотометров, описанный в патенте [4], который и выбран в качестве прототипа. Монохроматор содержит коллиматор с входной щелью, дифракционную решетку с механическим
поворотным устройством, фокусирующее сферическое зеркало и выходную щель с кол2
BY 14634 C1 2011.08.30
лиматором. Фокусирующее зеркало снабжено поворотным механизмом, выполненным в
виде жестко связанного с зеркалом рычага с боковым приводом и следящим роликом на
конце рычага. Следящий ролик сопряжен с лекалом, установленным на механизме продольного перемещения. Недостатком прототипа является низкая точность анализа двухволнового приема спектрометрирования, обусловленная помехами, вызванными механическим перемещением ролика поворотного устройства по лекалу, а также аберрацией
оптической системы из-за наклонного падения излучения на сферическое зеркало.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков и упрощение конструкции основных узлов монохроматора.
Техническим результатом изобретения является снижение аберраций монохроматора
и повышение точности при выделении длины волны.
Технический результат достигается тем, что в монохроматоре для спектрофотометров,
содержащем входную и выходную щели, коллиматорное и фокусирующее зеркала,
первую и вторую дифракционные решетки, оптический элемент, выполненный в виде пары зеркал с углом 90° между ними в сагиттальной плоскости, и поворотное устройство,
согласно изобретению, дифракционные решетки выполнены с отверстиями для прохождения излучения и смонтированы в одном узле с возможностью перемещения посредством поворотного устройства, входная и выходная щели конструктивно совмещены в
один узел, причем входная щель, расположенная на одной оптической оси с коллиматорным зеркалом, первая дифракционная решетка и оптический элемент смонтированы в
первой меридиональной плоскости, а выходная щель, расположенная на одной оптической оси с фокусирующим зеркалом, и вторая дифракционная решетка смонтированы во
второй меридиональной плоскости.
Меридиональные плоскости разделены диафрагмой с отверстием, расположенным
между зеркалами оптического элемента.
Рабочие поверхности дифракционных решеток выполнены на одной подложке, содержащей два отверстия для прохождения излучения.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 и 2, где представлена принципиальная оптическая схема монохроматора.
Монохроматор включает входную щель 8, расположенную в фокусе коллиматорного
сферического зеркала 1, первую плоскую дифракционную решетку 2 с отверстием 9 для
прохождения излучения и оптический элемент 15 в виде пары зеркал "эккера" 3, 4 с углом 90°
между ними в сагиттальной плоскости, расположенные в первой меридиональной плоскости 10; выходную щель 13, вторую плоскую дифракционную решетку 5 с отверстием 14,
расположенные во второй меридиональной плоскости 11, и диафрагму 7 с отверстием 12.
Монохроматор работает следующим образом. Излучение, дифрагированное первой
дифракционной решеткой 2 в направлении первого зеркала "эккера" 3 оптического элемента 15 попадает затем на второе зеркало "эккера" 4 и направляется им во вторую меридиональную плоскость 11. Первая 10 и вторая 11 меридиональные плоскости разделены
диафрагмой 7, отверстие 12 которой выполняет задачу промежуточной щели монохроматора для уменьшения (срезания) мешающего излучения. После отражения от второго зеркала "эккера" 4 оптического элемента 15 излучение направляется на вторую плоскую
дифракционную решетку 5 для увеличения дисперсии. Поверхности со штрихами (на фигурах не показано) первой дифракционной решетки 2 и второй плоской дифракционной
решетки 5 расположены в одной плоскости или выполнены на одной подложке. Излучение, дифрагированное второй дифракционной решеткой 5, направляется на фокусирующее зеркало 6. Для монохроматора, требующего меньшего спектрального разрешения, но
большей светосилы, вместо второй дифракционной решетки 5 может быть применено неподвижное плоское зеркало с отверстием (на фигурах не показано). Фокусирующее зеркало 6 направляет дифрагированное излучение через отверстие 14 во второй дифракционной
решетке 5 на выходную щель 13 монохроматора. Поворотный механизм (на фигурах не
3
BY 14634 C1 2011.08.30
показан) обеспечивает управление дифракционными решетками 2, 5 для перестройки
длины волны с λан на λср в процессе спектрометрирования анализируемого объекта. Угол
поворота дифракционных решеток 2, 5 в зависимости от длины волны определяют по
формуле:
kNλ = sin ϕ + sin ϕ',
где k - порядок дифракции;
N - число штрихов дифракционной решетки на единицу длины;
λ - длина волны излучения;
ϕ - угол падения излучения на дифракционную решетку;
ϕ' - угол дифракции.
Таким образом, предложенное техническое решение с новым расположением оптических элементов монохроматора и неочевидное конструктивное выполнение дифракционной решетки в совокупности признаков позволяют устранить аберрации, связанные с
наклонным падением излучения на сферическое зеркало, и упростить конструкцию основных узлов монохроматора: узла входной и выходной щелей, узла дифракционных решеток (дифракционной решетки) и узла оптического элемента 15 с зеркалами "эккера".
Реализация изобретения решает задачу снижения аберраций монохроматора, уменьшения габаритных размеров монохроматора и существенно упрощает конструкцию механических узлов монохроматора.
Источники информации:
1. Оптика спектральных приборов / И.В.Пейсахсон. Изд.2-2. доп. и перераб. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отд.), 1975. - С. 182, 183.
2. RU 95119444 A, 1997.
3. SU 1236863 A, 2002.
4. RU 224836 C 1 , 2005 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
патент, by14634
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа