La présente invention a pour objet un élément optique à zones, destiné à être disposé à l'entrée et à la sortie d'un appareil de spectrométrie.
On connaît un élément optique d'entrée ou de sortie d'appareil spectrométrique comprenant deux séries de zones adjacentes alternées, les zones d'une série ayant un facteur de transmission du rayonnement différent de celui des zones de l'autre série (le facteur de transmission étant représentatif de la transmission par transparence ou traversée, à l'inverse de la transmission par réflexion ou la nontransmission par opacité). Le total des aires des zones d'une série est sensiblement égal au total des aires des zones de l'autre série, et les lignes limitant les zones forment un dessin non répétitif dans la direction d'étalement du spectre.
C'est-à-dire que si on superpose un élément optique à un élément optique identique avec leurs contours en coïncidence et si on déplace ledit second élément parallèlement à la direction qui serait la direction d'étalement du spectre lorsque l'élément est placé dans l'appareil spectrométrique, il n'existe pas d'autre position que celle pour laquelle les deux contours sont superposés où les lignes limitant une zone du second élément, quelle qu'elle soit, puissent être superposées à des lignes limitant une zone du premier élément.
Un tel appareil de spectrométrie dans lequel l'élément de sortie en ses zones superposées aux images des zones de l'élément d'entrée fournies par un rayonnement monochromatique dont la longueur d'onde correspond à la position du système dispersif, délivre à sa sortie deux faisceaux de rayonnement à partir desquels on peut tirer le signal spectrométrique.
Lorsque les éléments optiques d'entrée et de sortie ont des lignes limites de zones qui sont des droites perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre, réparties par exemple de manière que la largeur des zones varie sensiblement suivant une loi d'inverse proportionnalité en fonction de la distance de la zone à un bord de l'élément, le diagramme représentatif d'un signal spectrométrique, lorsque l'appareil de spectrométrie reçoit un rayonnement monochromatique, et tracé en portant en abscisses les positions du système dispersif - ou bien ce qui revient au même, les longueurs d'onde (en raison de la correspondance univoque entre lesdites positions et les longueurs d'onde), - et en ordonnées la différence des énergies transportées par les deux faisceaux délivrés par l'élément de sortie, est constitué par deux droites à pente raide,
issues d'un point correspondant au maximum de ladite différence, obtenu lorsque la position du système dispersif correspond précisément à la longueur d'onde du rayonnement monochromatique. Au lieu de se raccorder directement à l'axe des abscisses et rester confondues avec celui-ci, comme il serait souhaitable, les droites se prolongent par des parties plus ou moins sinueuses situées de part et d'autre de l'axe des abscisses qui présentent ainsi ce qu'on peut appeler des maximums secondaires.
L'invention a pour but de diminuer, voire de supprimer les maximums secondaires ou les maximums secondaires éloignés qui ne sont pas ceux situés immédiatement de part et d'autre du maximum principal. Elle peut se combiner avec les moyens connus prévus pour réduire les maximums secondaires proches et qui, on le rappelle, consistent à donner aux éléments optiques un contour autre que le contour rectangulaire dont les côtés sont respectivement parallèles et perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre lorsque les éléments optiques sont placés dans l'appareil de spectrométrie.
L'élément optique à zones faisant l'objet de l'invention, destiné à être disposé à l'entrée et à la sortie d'un appareil spectrométrique comportant un système dispersif interposé sur le trajet du rayonnement entre ladite entrée et ladite sortie, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux parties comportant chacune deux séries de zones alternées dont le facteur de transmission du rayonnement est différent, le total des aires des zones d'une série étant sensiblement égal au total des aires des zones de l'autre série et les largeurs des zones variant suivant une loi non linéaire en fonction de la distance des zones à un des bords de l'élément perpendiculaire à la direction d'étalement du spectre, et en ce que, de ces parties,
une première est telle que le facteur de transmission du rayonnement suivant une bande très étroite qu'on déplacerait parallèlement à la direction d'étalement du spectre varie suivant une loi en créneaux rectangulaires, et une seconde de correction, est telle que le facteur de transmission varie également suivant une loi à créneaux rectangulaires, mais dont les créneaux sont trois fois plus nombreux que ceux représentatifs de la première loi.
Un appareil équipé d'éléments selon l'invention permet d'obtenir, comme on le verra dans la suite, un signal spectrométrique ne présentant pas de maximums secondaires lointains, rendant ainsi possible une analyse spectrométrique meilleure, et étendant le domaine d'application, notamment en permettant d'étudier des rayonnements transportant de l'énergie sur de multiples longueurs d'onde, l'énergie transportée sur une longueur d'onde pouvant être considérablement différente de l'énergie transportée sur une autre longueur d'onde, sans que l'exactitude de l'analyse en soit affectée.
Le dessin annexé représente, schématique, et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'élément objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue de face de cette forme d'exécution, et
la fig. 2 est une vue semblable à celle de la fig. 1 montrant une utilisation de cette forme d'exécution.
L'élément optique représenté 10 présente un contour rectangulaire bordé par deux côtés 11 et 12 parallèles à la direction d'étalement du spectre lorsqu'un tel élément est placé dans le spectromètre, et par deux côtés 13 et 14 perpendiculaires à ladite direction. Il comprend une première partie ou partie principale 15, et une seconde partie ou partie auxiliaire de correction 16, les deux parties étant de part et d'autre d'une ligne droite 17 reliant les côtés 13 et 14 et parallèle aux côtés 1 1 et 12.
La partie principale 15 comprend des zones 18^, 182, 183, etc., d'une première série ayant toutes le même facteur de transmission, par exemple étant toutes transparentes, et des zones 19j, 192, 193, etc., adjacentes et alternées avec les zones de la première série, ayant toutes le même facteur de transmission mais différent de celui des zones de la première série, les zones 191, 192, etc., étant toutes, par exemple, opaques.
Les zones 18l, et 191 sont situées de part et d'autre d'une droite 201 qui est une limite de zone, et les zones 19t et 182 sont situées de part et d'autre d'une droite 211 ; les zones 182 et 192 sont séparées par une droite 202, et les zones 192 et 18S sont séparées par une droite 212, etc. Les droites 201 et 211 sont parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre.
Les largeurs des zones varient depuis le bord 14 du dispositif jusqu'au bord opposé 13 suivant une loi non linéaire en fonction de la distance de la zone considérée à l'un des bords, par exemple le bord 14, une telle loi étant avantageusement proche de la loi d'inverse proportionnalité ou loi hyperbolique.
La partie 16, de correction, comporte également des zones faisant partie de deux séries à facteur de transmission différent et limitées par des droites perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre.
Ces droites comprennent d'abord les prolongements 221 et 23l, des droites 201 et 211 de la partie 15.
La droite 201 est ainsi prolongée par la droite 221, la droite 211 par la droite 231, la droite 202 par la droite 222, la droite 212 par la droite 232. La portion de la partie 16 comprise entre le bord 14 et la droite 22i est divisée par deux droites 241 et 251 parallèles audit bord et à la droite 221 ; de même, la portion de la partie 16 comprise entre la droite 221 et la droite 231 est divisée par deux droites 261 et 271 parallèles aux droites 221 et 231 ;
la portion de la partie 16 comprise entre les droites 231 et 222 est divisée par deux droites 242 et 252 parallèles aux droites 231 et 222, etc. Les positions des droites parallèles successives 241, 25I, 221, 261, 271, 231, 242, 252, 222, etc., de la partie 16 sont telles que les largeurs des zones successives quelles délimitent répondent à la même loi que les largeurs des zones de la partie principale 15, c'est-à-dire sensiblement une loi d'inverse proportionnalité en fonction de la distance au côté 14.
Des trois zones limitées par des droites parallèles ainsi limitées par des droites parallèles de la portion adjacente à la zone 181, transparente, la zone centrale 281 est opaque et les zones latérales 291 et 30t sont transparentes ; des trois zones de la partie 16 adjacentes à la zone 191, opaque, de la portion principale 15, la zone centrale 311 est transparente, et les deux zones latérales 321 et 331 sont opaques de même, des trois zones adjacentes à la zone transparente 182, la zone 282 est opaque et les deux zones latérales 292 et 302 sont transparentes, etc.
La partie correctrice 16 comporte donc une succession de zones alternativement transparentes et opaques qui sont trois fois plus nombreuses que les zones de la portion principale 15.
Il a été constaté qu'en utilisant, dans un appareil de spectrométrie fournissant à sa sortie deux faisceaux dont on confronte les énergies transportées, un élément optique d'entrée et de sortie comme on vient de le définir, les inconvénients que traduisait dans le signal spectrométrique la présence des maximums secondaires lointains sont considérablement diminués et qu'ainsi on peut obtenir des analyses spectrométriques meilleures qu'avec un élément optique dépourvu de parties de correction.
Cet avantage peut s'expliquer comme suit: si on considère un élément optique à zones constitué par des zones adjacentes alternées à facteur de transmission différent et limitées par des droites parallèles, perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre, comme l'élément à zones qui serait constitué par la seule partie principale 15, le facteur de transmission d'un tel élément à zones peut être représenté par un diagramme à créneaux rectangulaires dont le palier supérieur a pour ordonnée 1, correspondant à la transparence, et le palier inférieur a pour ordonnée 0, correspondant à l'opacité, la valeur 1 étant celle attachée aux zones transparentes, et la valeur 0 aux zones opaques.
Or, on sait qu'une fonction mathématique représentée par un tel diagramme à créneaux rectangulaires est développable suivant une série de Fourier dont le premier terme est une fonction sinusoïdale d'un angle, le second terme une fonction sinusoïdale d'un angle triple, le troisième terme une fonction sinusoïdale d'un angle quintuple, etc. les coefficients desdits termes étant de valeurs rapidement décroissantes.
Si on admet que l'imperfection constatée dans un appareil de spectrométrie équipé avec des éléments optiques à zones non corrigés traduit les phénomènes correspondant à la présence des seconds termes et éventuellement du troisième terme du développement en série de Fourier, on comprend que l'effet de la partie 16, dont le développement en série de Fourier correspondant comprendrait dans son terme principal une fonction trigonométrique d'un angle triple de celui du premier terme de la série de Fourier correspondant à la partie 15, et ainsi égale à celui du second terme de la série de
Fourier correspondant à la partie 15, corrige le phénomène traduisant la présence de ce second terme.
C'est ce que confirme l'expérience, la correction étant d'autant meilleure que les surfaces des parties 16 et 15 ont entre elles le même rapport que celui des coefficients du second terme et du premier terme de la série de Fourier correspondant à la partie 15.
La fig. 2 montre un élément optique de sortie 33 comportant une partie principale 34 et une partie de correction 35 comme on l'a défini pour l'élément optique d'entrée. On a montré en trait pointillé, légèrement décalée par rapport à l'élément optique de sortie, pour une meilleure compréhension, l'image 10' de l'élément optique d'entrée fournie par le spectromètre, dont le système dispersif est dans la position de réglage correspondant au rayonnement monochromatique fournissant l'image.
Ladite image comporte une partie principale 15' et une partie de correction 16' ; la partie de correction 35 de l'élément optique de sortie est superposée partiellement à l'image de la partie principale 15' et l'image 16' de la partie de correction de l'élément optique d'entrée est superposée partiellement à la partie principale 34 de l'élément de sortie.
On peut aussi adjoindre une seconde partie de correction dont les droites limitant les zones sont cinq fois plus denses que celles de la partie principale et dont la hauteur correspond à la valeur du coeffi cient du troisième terme de la série de Fourier.
On peut indiquer, à titre d'exemple, qu'un élément optique décrit équipant un appareil spectrométrique peut comporter dans sa partie principale des zones dont la plus étroite a une largeur de l'ordre de 0,1 mm et des zones dont la largeur est une centaine de fois plus grande. Un tel élément peut avoir des dimensions de l'ordre de quelques centimètres, par exemple de 3 à 5 cm.