Appareil speetrométrique
On sait que dans les spectromètres à fente, couramment utilisés, le signal obtenu, quand on balaie en longueur d'onde , par rotation du système dispersif (prisme ou réseau), peut, dans le cas d'un spectre constitué par une raie infiniment fine,-autrement dit lorsque le flux de rayonnement est monochromatique, c'est-à-dire que l'énergie est transportée sur une longueur d'onde unique-, être repré- senté par un diagramme triangulaire, dans un système de coordonnées où sont portées en ordonnées les quantités d'énergie rayonnante traversant la fente de sortie, et en abscisses les positions angulaires du système dispersif, ou, ce qui revient au même, les positions, dans le plan de la fente de sortie, de l'image de la fente d'entrée au cours du balayage,
par rapport à une origine quelconque, qui peut être la fente de sortie elle-même.
Les deux côtés obliques du triangle d'un tel diagramme sont représentatifs de l'acroissement et de la diminution de la quantité d'énergie rayonnante traversant la fente de sortie, de part et d'autre de la position pour laquelle l'image de la fente d'entrée est superposée en coincidence avec la fente de sortie, ou position de réglage du système dispersif, et les points de raccordement de ces deux côtés avec l'axe des abscisses, de part et d'autre desquels le signal est nul, sont distants l'un de l'autre de deux fois la largeur de la fente d'entrée, qui est celle de la fente de sortie dans le cas, fréquent, où le grandissement de la partie du spectromètre interposée entre la fente d'entrée et la fente de sortie est égal à l'unité.
On sait également que, pour de tels spectromètres à fente, le pouvoir de résolution est inversement proportionnel à la largeur de la fente et est ainsi d'autant plus grand que la fente est plus étroite ; la luminosité, déterminée par la quantité de flux de rayonnement qui traverse la fente de sortie pour la position de réglage, est cependant d'autant plus faible que ladite fente est plus étroite ; le pouvoir de résolution et la luminosité sont ainsi, dans un spectromètre à fente, des qualités qui varient en sens inverse l'une de l'autre.
L'invention s'applique à un appareil comprenant un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie tels qu'au cours d'un balayage, comme indiqué ci-dessus, un flux de rayonnement issu du dispositif de sortie, -à partir de la position de réglage, pour laquelle l'image du dispositif d'entrée est superposée en coincidence avec le dispositif de sortie-, diminue très rapidement à partir d'une valeur maximale, dans l'un et l'autre sens du balayage à partir de ladite position, comme dans un spectromètre à fente unique, mais sans atteindre la valeur nulle, laquelle est ensuite atteinte seulement après une diminution beaucoup moins rapide,
l'axe des abscisses du diagramme représentatif du flux étant atteint à une distance de l'abscisse correspondant à la position de réglage qui peut être plusieurs centaines de fois plus grande que pour le diagramme triangulaire du spectromètre à fente classique, de même pouvoir de résolution, ou bien un tel flux de rayonnement issu du dispositif de sortie augmente très rapidement à partir d'une valeur nulle correspondant à la position de réglage, puis ensuite diminue très lentement jusqu'à la valeur nulle.
Un tel diagramme est obtenu lorsqu'on équipe un appareil comprenant un système dispersif, un collimateur d'entrée et un collimateur de sortie, par un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie comportant un organe constitué par deux multiplicités ou séries de zones, les zones d'une multiplicité étant alternées avec les zones de l'autre multiplicité, leur étant, adjacentes et exerçant un effet d'acheminement, pour le rayonnement qui tombe sur elles, différent de celui exercé par les zones de l'autre multiplicité, lesdites zones formant une figure telle que si on la déplace parallèlement à la direction d'étalement du spectre fourni par le système dispersif, et quelle que soit l'amplitude du déplacement, il n'y a pas, pour la portion commune à la figure non déplacée et à la figure déplacée,
de zone d'une série d'une figure qui soit en coïncidence avec une zone de même série de l'autre figure, une zone quelconque d'une nature d'acheminement déterminée du dispositif de sortie étant, pour une longueur d'onde de réglage du système dispersif, superposée en coïncidence avec l'image d'une zone d'une nature d'acheminement déterminée du dispositif d'entrée fournie par la partie de l'appareil comprise entre le dispositif d'entrée et le dispositif de sortie, la somme des aires des zones d'une série d'un organe d'entrée ou de sor- tie étant substantiellement égale à la somme des aires des zones de l'autre série.
Un diagramme comme défini ci-dessus, à pente très raide à partir du maximum ou de la valeur nulle correspondant à la position de réglage,-et d'un côté et de l'autre dudit maximum ou de la valeur nulle, puis ensuite à pente très faible, ne peut pas être utilisé directement comme signal spectrométrique, étant donné qu'il présente des amplitudes notables pour des positions du système dispersif très éloignées de la position de réglage pour la longueur d'onde considérée.
On a déjà proposé un appareil de spectrométrie dans lequel le signal spectrométrique est fourni à partir de deux flux de rayonnement, dont l'un est représentable par un diagramme à double pente, comme ci-dessus mentionné, dont les parties à pente raide sont issues du point représentatif du maximum du flux de rayonnement qui correspond à la position de réglage du système dispersif et dont l'autre est également représentable par un diagramme à double pente, comme également ci-dessus mentionné, dans lequel les parties à pente raide sont issues d'un point représentatif d'un flux nul, correspondant également à la position de réglage du système dispersif,-et cela en faisant ressortir la différence de l'énergie transportée par le premier flux et par le second flux,
-les diagrammes correspondant à ces deux flux ayant des parties à faible pente confondues.
Outre que la formation de deux faisceaux de sortie transportant respectivement les flux de rayonnement définis ci-dessus entraîne à la duplication des organes constitutifs du dispositif d'entrée ou du dispositif de sortie, la confrontation des deux énergies qu'ils transportent respectivement, pour l'obtention du signal électrique spectrométrique par l'intermédiaire d'un dispositif sensible au rayonnement, entraîne des complications, Dans certains cas, on prévoit deux cellules sensibles, ou bien deux parties d'un même capteur différentiel dont chacune est affectée à un faisceau, mais la technique actuelle ne permet pas de réaliser deux cellules ou deux parties de capteur différentiel ayant des caractéristiques ri goureusement identiques et restant identiques au cours du temps,
ce qui introduit des erreurs difficiles, sinon impossibles à corriger, rendant l'appareil impropre à de nombreuses applications.
Dans d'autres cas, on utilise une même cellule qui reçoit en alternance le premier et le second faisceau, mais il faut alors prévoir, comme partie intégrante du spectromètre, des moyens de commutation grâce auxquels on dirige alternativement vers ladite cellule l'un ou l'autre des faisceaux. Ces, moyens de commutation introduisent une certaine complication de fabrication et leur présence augmente l'encom- brement du spectromètre.
En tous les cas, le principe même d'une analyse spectrométrique à l'aide de deux faisceaux distincts spatialement oblige à prévoir des moyens pour équi- librer les deux faisceaux au point de vue de leur chemin optique, cet équilibrage devant être réalisé avec d'autant plus de précision que c'est la comparaison des énergies transportées par les deux faisceaux qui fournit le signal spectrométrique.
On a également proposé, dans le but d'éviter la nécessité de deux cellules photo-électriques, ou d'un récepteur différentiel, et également la nécessité de moyens de commutation optique, de prévoir des moyens par lesquels l'image du dispositif d'entrée, que fournit la partie du spectromètre présente entre le dispositif d'entrée et le dispositif de sortie, se déplace par rapport au dispositif de sortie suivant un mouvement périodique.
Tous ces appareils de spectrométrie, comportant un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie présentant les caractéristiques qu'on a rappelées, peuvent être utilisés pratiquement dans divers domaines où est employé jusqu'ici le spectromètre à fente classique, tout en possédant par rapport à ce dernier une supériorité considérable tenant à ce qu'à pouvoir de résolution égal leur luminosité peut être plusieurs centaines de fois plus grande.
La présente invention a pour objet un appareil spectrométrique fournissant à partir d'un flux de rayonnement monochromatique, de part et d'autre de la position de réglage du système dispersif, un flux de rayonnement qui varie d'abord très rapidement, puis lentement, le flux fourni tombant sur un récepteur photo-électrique. Cet appareil est caractérisé en ce que la sortie du récepteur est appliquée à un dispositif électronique de filtrage de fréquence qui atté- nue les fréquences relativement basses correspondant à la variation lente du flux et non les fréquences élevées correspondant à la variation rapide.
L'invention sera bien comprise par la description, qui suit, faite à titre d'exemple. Pour cette description, on se réfère au dessin annexé, dans lequel :
-la figure 1 est un diagramme relatif à un spectromètre classique à fente unique d'entrée et de sortie ;
-la figure 2 est un schéma d'un signal fourni par un tel spectromètre ;
-la figure 3 est représentative d'un signal fourni par le même spectromètre, mais lorsque la fente d'entrée reçoit un flux lumineux d'une longueur d'onde différente de celle qui correspond au signal de la figure 2, et l'origine d'abscisses étant la même que sur la figure 2 ;
-la figure 4 est une représentation schématique d'un signal fourni par un tel spectromètre au cours d'un balayage lorsque la fente d'entrée reçoit un flux contenant de l'énergie sur la longueur d'onde à laquelle correspond le signal de la figure 2 et de l'éner- gie sur la longueur d'onde à laquelle correspond le signal de la figure 3 ;
-la figure 5 montre deux signaux fournis par la cellule d'un tel spectromètre à fente au cours de deux balayages successifs dont l'un et l'autre s'effectuent en lumière monochromatique, les deux longueurs d'onde au cours des balayages étant à la distance minimum que permet de distinguer le spectromètre ;
-la figure 6 est un schéma d'un signal fourni par le même spectromètre recevant un flux contenant les deux dites longueurs d'onde, au cours d'un même balayage ;
-la figure 7 est une vue analogue à la figure 6, mais les deux longueurs d'onde étant légèrement plus distantes l'une de l'autre ;
-la figure 8 est une vue très schématique d'un spectromètre selon l'invention ;
-la figure 9 montre, à titre d'exemple, schématiquement, une forme de réalisation d'un organe d'entrée ;
-la figure 10 montre schématiquement un organe de sortie correspondant ;
-la figure 11 est une reproduction photographique d'un organe d'entrée ou d'un organe de sortie montrés schématiquement sur les figures 9 et 10 ;
-la figure 12 montre schématiquement une autre forme de réalisation d'un organe d'entrée ;
-la figure 13 montre schématiquement un organe de sortie correspondant ;
-la figure 14 est une reproduction photographique d'un organe d'entrée ou d'un organe de sortie du type montré schématiquement sur les figures 12 et 13, mais pour une variante ;
-la figure 15 montre schématiquement un dispositif d'entrée ou de sortie, pour une variante ;
-la figure 16 est un schéma illustrant les positions relatives d'un organe de sortie et de l'image d'un organe d'entrée dans le plan de l'organe de sortie, au cours d'un balayage en longueurs d'onde ;
-la figure 17 est un diagramme schématique ;
-la figure 18 est une représentation schématique d'un signal spectrométrique obtenu par l'appareil selon l'invention ;
-la figure 19 est une vue analogue à la figure 8, mais pour une autre forme de réalisation ;
-la figure 20 est une vue analogue aux figures 8 et 19, mais encore pour une autre forme de réalisation ;
-la figure 21 est une vue schématique d'un dispositif à zones, vu par une face ;
-la figure 22 est une vue schématique dudit dispositif à zones, vu par l'autre face ;
-la figure 23 est une représentation schématique d'un diagramme.
On se réfère d'abord à la figure 1, qui schématise dans sa partie inférieure la forme du signal obtenu à la sortie de la cellule d'un spectromètre classique à fente lorsqu'on effectue un balayage, dans le cas où l'énergie rayonnante incidente est d'une longueur d'onde unique, ce qu'on traduit parfois en indiquant que le spectre contient une raie unique infiniment fine. Le signal est un signal triangulaire, symétrique par rapport à la perpendiculaire à l'axe des abscisses passant par le sommet du triangle, et dont la base est égale à 2e, e étant la largeur de la fente de sortie, qu'on a représentée à la partie supérieure de la figure, à la même échelle.
Sur le diagramme de la partie inférieure de la figure 1,- dont l'origine d'abscisses correspond à la position du centre commun de la fente de sortie et de l'image de la fente d'entrée pour la superposition en coïncidence de l'image de la fente d'entrée avec la fente de sortie, appelée position de réglage pour ladite longueur d'onde-, les abscisses sont aussi représentatives de la position de ladite image de la fente d'entrée dans le plan de la fente de sortie de part et d'autre de ladite origine.
La figure 2 montre schématiquement un signal obtenu au cours d'un balayage lorsque la fente d'entrée reçoit un flux de rayonnement monochromatique de longueur d'onde A0, et la figure 3 montre schématiquement un signal fourni par ledit spectromètre dans les mêmes conditions, mais lorsque l'organe d'entrée reçoit un flux de rayonnement monochromatique de longueur d'onde Ai, les origines des diagrammes représentatifs des deux signaux étant alors alignées sur la même verticale et correspondant l'une et l'autre à la même position du système dispersif.
Si maintenant on effectue un autre balayage pour un rayonnement incident contenant à la fois de l'énergie rayonnante sur la longueur d'onde A0 et de l'énergie rayonnante sur la longueur d'onde ?. i, on obtient à la sortie de la cellule un signal du type montré sur la figure 4. Le spectromètre à fente permet ainsi de distinguer les énergies rayonnantes de l'une et l'autre longueurs d'onde A0 et k1.
Cette distinction est possible aussi longtemps que les signaux triangulaires qu'on peut affecter à chaque longueur d'onde ne sont pas aussi proches ou à fortiori ne sont pas plus proches l'un de l'autre que ceux montrés sur la figure 5 (les flux de rayonnement respectivement sur les deux longueurs d'onde ont été ici supposés égaux), laquelle figure peut être con sidérée comme la superposition des deux signaux qui sont obtenus respectivement au cours d'un premier balayage, lorsque le flux de rayonnement a une première longueur d'onde, et d'un second balayage lorsque le flux de rayonnement a la longueur d'onde la plus voisine que permet de distinguer l'appareil, les abscisses des apex des deux signaux étant alors distantes de e.
Quand cet appareil, en effet, reçoit un flux de rayonnement contenant les deux dites longueurs d'onde et qu'on effectue un balayage, on obtient un signal comme montré sur la figure 6 ne permettant pas la distinction, tandis que lorsque les longueurs d'onde sont légèrement plus éloignées l'une de l'autre que lesdites longueurs d'onde, le signal obtenu a l'allure montrée sur la figure 7, et permet la distinction.
On se réfère maintenant à la figure 8, qui est un schéma d'un spectromètre selon l'invention. Le spectromètre comporte un collimateur d'entrée 10, un système dispersif 11, un collimateur de sortie 12.
Le dispositif d'entrée 13 est placé dans le plan focal d'entrée du collimateur d'entrée 10 et le dispositif de sortie 14 est placé dans le plan focal de sortie du collimateur de sortie 12. Derrière le dispositif de sortie 14 est placé une cellule 15 sensible au rayonnement à analyser et le courant qu'elle fournit est appliqué à un dispositif électronique 16, à la sortie 17 duquel on recueille le signal spectrométrique.
Le dispositif d'entrée est constitué par une plaque plane placée perpendiculairement à l'axe X-X du spectromètre, avec son centre géométrique placé sur ledit axe, et qui comporte deux séries de zones, les zones d'une série étant transparentes et les zones de l'autre série étant non-transparentes.
Un exemple d'un tel dispositif d'entrée est constitué par une plaque transparente qui porte, contenu à l'intérieur d'un contour rectangulaire dont les côtés sont référencés 18-21 (fig. 9), un dessin de barreaux de largeurs inégales, un premier barreau, celui qui est adjacent au côté 18, étant très étroit et, par exemple, transparent, vX, le barreau adjacent pj étant opaque, le barreau adjacent v2 étant transparent, etc..., la disposition des barreaux suivant, par exemple, une loi qui s'exprime par
x2-nxE
n @ dans laquelle xn est la distance d'un des bords d'un couple constitué par deux barreaux adjacents de rang n au côté 18 du carré et x, est la distance correspondant au premier couple, ou bien, ce qui est très voisin,
la largeur des barreaux suivant une loi d'inverse proportionnalité par rapport à leur distance au côté 20.
Le dispositif de sortie 14 est tel qu'il coïncide en superposition avec l'image que fournit l'appareil du dispositif d'entrée pour la longueur d'onde de réglage du système dispersif 11 ; pour un grandissement du spectromètre égal à un, il est identique au dispositif d'entrée et le dispositif de sortie est placé dans le plan focal du collimateur de sortie de manière que l'axe X-X le traverse en son centre géométrique. La direction des barreaux du dispositif d'entrée et du dispositif de sortie est perpendiculaire à la direction d'étalement du spectre, laquelle est ainsi parallèle aux côtés 19 et 21 du dispositif d'en- trée et schématisée par la double flèche. Un tel dispositif de sortie est représenté schématiquement sur la figure 10.
Il est constitué par une plaque transparente qui porte, contenu à l'intérieur d'un contour rectangulaire, un dessin de barreaux de largeurs iné- gales, un premier barreau VI étant très étroit et, par exemple, transparent ; le barreau adjacent Pl est opaque ; le barreau adjacent Vg est transparent, etc..., les largeurs des barreaux suivant la même loi que celle des barreaux du dispositif d'entrée, un barreau transparent et un barreau opaque adjacent pouvant avoir ou non la même largeur.
La figure 11 est la reproduction photographique d'un dispositif d'entrée au d'un dispositif de sortie dont les représentations schématiques ont été données sur les figures 9 et 10, la différence d'acheminement des zones d'une série et de l'autre série étant la cause de l'alternance des barreaux blancs et des barreaux noirs que montre cette figure.
D'autres dispositifs d'entrée et de sortie de ce type pourraient être utilisés, par exemple un dispositif d'entrée résultant de celui qui a été montré sur la figure 9 par amputation de portions situées près des angles du rectangle, ces amputations étant effectuées soit suivant des droites, soit suivant des courbes, ou bien un dispositif résultant de la juxtaposition de plusieurs dispositifs comme montrés sur ladite, figure, soit suivant la direction parallèle à la direction d'étalement du spectre, soit suivant une direction perpendiculaire, avec ou non amputation des angles, soit du dispositif composite, soit des dispositifs élémentaires.
On prévoit également des formes d'exécution comportant un tel dispositif d'entrée et de sortie, mais dans lequel la loi de variation des largeurs des barreaux est différente de celles qui ont été indiquées, bien qu'en en étant relativement proche et tout en restant différente de la loi de proportionnalité de la largeur d'un barreau par rapport à sa distance à l'un des côtés et le dispositif présentant des portions où les largeurs des barreaux sont considérablement plus petites que les largeurs des barreaux d'une autre portion, dans un rapport pouvant atteindre plusieurs centaines et avec, entre lesdites portions, des barreaux de largeurs intermédiaires en très grand nombre, avec une variation lente de la largeur d'un barreau à un autre.
Dans un autre type, le dispositif d'entrée, tout en ayant un contour rectangulaire, avec ou non amputation suivant les angles, comporte d'es séries de zones qui sont limitées, non pas par des droites, de manière à former ce qu'on a appelé des barreaux, mais par des courbes, par exemple des courbes faisant partie d'une famille d'hyperboles équilatères,
dont une asymptote est parallèle à la direction d'éta- lement du spectre, les courbes limites de zones étant prises soit dans un quadrant des asymptotes, soit dans
deux quadrants, soit dans quatre quadrants, ou résul- ter de la juxtaposition de portions, quelquefois identiques, prises dans un ou plusieurs quadrants.
On a ainsi représenté schématiquement sur la figure 12 un dispositif d'entrée dont les courbes qui limitent les zones des séries alternées sont des hyperboles équilatères de quatre quadrants, la distance comptée pa rallèlement à la direction d'étalement du spectre entre l'asymptote ho, qui fait d'ailleurs partie de la famille d'hyberboles équilatères, et l'hyperbole la plus voisine hl étant, dans la partie proche du côté 23, très petite et, par contre, très grande, plusieurs centaines de fois plus grande, dans la partie voisine de l'asymptote 26, parallèle à la direction d'étalement du spectre.
Un dispositif de sortie propre à être utilisé dans le spectromètre, lorsque le dispositif d'entrée est celui montré sur la figure 12, est représenté schémati- quement sur la figure 13. Dans le cas d'un grandissement égal à l'unité, il est identique au dispositif d'entrée avec lequel il coopère pour la formation du signal spectrométrique.
La figure 14 est la reproduction photographique d'un dispositif d'entrée ou d'un dispositif de sortie représentés schématiquement sur la figure 12 ou la figure 13, dont le contour présente toutefois des parties obliques, mais respectant la symétrie autour du centre qui est le point d'intersection des asymptotes, de manière à réduire les portions du dispositif contenant des hyperboles dont les points d'intersection avec une droite parallèle à la direction d'étalement du spectre sont relativement très proches les uns des autres.
La figure 15 montre schématiquement un autre dispositif d'entrée ou de sortie qui peut être utilisé dans l'appareil. Il est constitué par un dessin comprenant quatre quadrants, comme dans la réalisation suivant les figures 12 et 13, et, dans chacun des quadrants, les zones sont limitées par des arcs d'hyperboles équilatères, mais les quadrants sont disposés de manière que les intersections des asymptotes correspondant aux arcs d'hyperboles des quatre quadrants, au lieu d'être confondues au centre géomé- trique du dispositif, comme dans la réalisation suivant les figures 12 et 13, sont placées aux quatre sommets du carré.
Dans tous les cas, le dispositif de sortie peut d'ailleurs être obtenu à partir du dispositif d'entrée, par photographie de ce dernier à travers l'appareil, le support photo-sensible étant placé dans le plan focal du collimateur de sortie. Dans un spectromètre équipé d'un dispositif de sortie obtenu par photographie du dispositif d'entrée, les aberrations géométri- que des organes optiques interposés entre le dispositif d'entrée et le dispositif de sortie sont sans influence.
Dans une réalisation, l'appareil selon l'invention utilise un dispositif d'entrée dont les zones d'une série sont acheminantes, le plus simplement sont des zones transparentes, et les zones de l'autre série sont non-acheminantes, le plus simplement opaques, le dispositif de sortie ayant une constitution analogue avec ses zones acheminantes superposées à l'image des zones acheminantes du dispositif d'entrée fournie par l'appareil pour la position de réglage du système dispersif.
Dans une variante, les zones acheminantes du dispositif de sortie sont superposées aux images, fournies par le système dispersif pour la longueur d'onde de réglage, des zones non-acheminantes du dispositif d'entrée.
Le système dispersif 11 est du type à prisme ou à réseau. Il est porté par une monture qu'on peut entraîner suivant un mouvement de rotation uniforme, à vitesse ajustable, pour assurer le balayage en longueur d'onde. La cellule 15, placée derrière le dispositif de sortie 14, et qui reçoit l'intégralité des pinceaux traversant ledit dispositif, est choisie en fontion de la nature du rayonnement à analyser.
Sur la figure 16, on a montré schématiquement le dispositif de sortie 14, du type montré sur la figure 9, placé dans le plan focal du collimateur de sortie, et on a représenté schématiquement, avec un décalage vers le bas pour la clarté de la représentation, l'image, que fournit 1'appareil, du dispositif d'entrée lorsque l'appareil reçoit un rayonnement monochromatique d'une longueur d'onde détermi- née, autrement dit lorsque le spectre contient une raie infiniment étroite, comme il est classique de le considérer en spectrométrie, et lorsqu'on balaie en longueurs d'onde , c'est-à-dire lorsqu'on fait tourner le dispositif dispersif 11.
Lorsque le dispositif 11 est dans la position de réglage qui correspond à la, dite longueur d'onde, l'image 13'2 du dispositif d'entrée dans le plan focal du collimateur de sortie 12 est superposée au dispositif de sortie 14 (le décalage en hauteur montré sur la figure a été effectué pour la clarté de la représentation, comme indiqué plus haut) ; l'image Vtt du barreau vt est superposée au barreau transparent VI, l'image p'du barreau opaque pl du dispositif d'entrée est superposée au barreau opaque Pi du dispositif de sortie, etc., l'image P'N du barreau opaque adjacent au côté 20 est superposée au barreau opaque PN du dispositif de sortie 14.
Si le balayage a lieu dans un sens tel que l'image du dispositif d'entrée défile dans le plan focal du collimateur de sortie suivant un mouvement schématisé par la direction de la flèche f, aucun rayonnement n'ayant traversé le dispositif d'entrée 13 ne traverse le dispositif de sortie jusqu'à ce que le système dispersif soit dans une position telle qu'il fournit une image du dispositif d'entrée 13, comme montré en 13'1, pour laquelle l'image 20'du côté 20 est en coïncidence avec le côté 22 ;
à partir de la position où le bord interne de l'image p, aborde le bar- reau transparent Vt, de l'énergie rayonnante ayant traversé le dispositif d'entrée 13 traverse le dispositif de sortie 14 et ensuite de l'énergie rayonnante ayant traversé le dispositif d'entrée 13 continue à traverser le dispositif de sortie 14 pour toutes les positions du dispositif dispersif 11 entre la position qu'on vient de définir et celle pour laquelle ledit dispositif dispersif fournit du dispositif d'entrée 13 une image 13' > 3, pour laquelle l'image 18'du côté 18 est en coïncidence avec le bord interne du barreau PN.
La configuration de la courbe représentative de la quantité d'énergie reçue par la cellule 15 au cours du balayage est montrée schématiquement sur la figure 17. Jusqu'au point 30, correspondant sensiblement à la position 13'de l'image du dispositif d'entrée fournie par le système dispersif, l'énergie reçue par la cellule 15 est nulle.
L'énergie reçue par la cellule croît ensuite progressivement d'une manière relativement lente et sensiblement linéaire comme montré par la portion de droite 30-31 jusqu'à une position voisine et légèrement en deçà de celle pour laquelle le système dispersif fournit l'image en la posi- tion 13'2, la position correspondant au point 31 étant distante de la position 13'2 d'une largeur égale à la largeur de l'intervalle V ; puis la quantité d'énergie reçue par la cellule croit très brusquement jusqu'à un maximum représenté par le point 32, correspondant à la position 13'2 du système dispersif, pour laquelle l'image du dispositif d'entrée est superposée, en coïncidence zone à zone, avec le dispositif de sortie ;
le balayage se poursuivant, la quantité d'éner- gie décroît ensuite très brusquement jusqu'au point 33, symétrique d'ailleurs du point 31 par rapport à la verticale passant par l'apex 32, puis, à partir du point 33, elle décroît, mais beaucoup plus lentement, jusqu'au point 34, correspondant sensiblement à la position du système dispersif pour laquelle l'image du dispositif d'entrée est dans la position 13'3, à une distance de la position 13'2 égale à la largeur
L du dispositif de sortie 14 ; puis ensuite la quantité d'énergie reçue par la cellule 15 est nulle, le diagramme étant, dans l'ensemble, symétrique par rapport à la verticale passant par l'apex 32. L'ordon- née des points 31 et 33 est la moitié de celle de l'apex 32.
Avec un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie du type qu'on a défini ci-dessus et comme montré sur la figure 11, dans lesquels le contour était un carré dont les côtés avaient 30 mm de longueur et la plus petite largeur de zone était de 3/100 de mm, le diagramme réel'montre des points analogues aux points 31 et 33 qui sont mille fois plus rapprochés que les points analogues aux points 30 et 34.
Un diagramme identique à celui montré sur la figure 17, ou semblable (au sens de la similitude géométrique) est obtenu si, effectuant un balayage à vitesse uniforme, c'est-à-dire en faisant tourner le système dispersif à une vitesse constante, et portant à nouveau en ordonnées les quantités d'énergie rayonnante transportées par le faisceau traversant le dispositif de sortie, on porte en abscisses les temps à partir d'une certaine origine, par exemple le début du balayage.
On indique ici qu'un signal de ce type fourni par la cellule ne peut être considéré dans sa totalité comme un signal spectrométrique, ce qui ressort immédiatement du fait qu'il a une amplitude notable pour des positions du système dispersif très éloignées de la position de réglage pour la longueur d'onde considérée.
Le signal électrique fourni par la cellule 15 est appliqué à l'entrée d'un amplificateur électronique 16 dont le gain est variable en fonction de la fré- quence, le gain étant plus grand pour les fréquences élevées que pour les fréquences basses. Cet amplificateur constitue ainsi un filtre passe-haut et l'on prévoit que la limite inférieure de la bande de pas sage du filtre soit une fréquence de l'ordre de ti
i étant la durée de balayage de l'intégralité du signal fourni par la cellule 15 dans une condition définie cidessus, c'est-à-dire la différence des abscisses des points 34 et 30 en se référant à la figure 17, dans laquelle le temps est porté en abscisses.
On a constaté qu'un tel filtre passe-haut, éliminant l'inter- valle des fréquences de 0 à t n fournit à sa sortie
-Fi 1 un signal très proche, sinon identique, à celui du signal triangulaire souhaité, à savoir un signal comme montré sur la figure 18. Un tel signal fourni par le spectromètre a une amplitude nulle ou sensiblement nulle non seulement lorsque le signal appliqué à l'entrée du filtre a une amplitude nulle, mais aussi lorsque le signal d'entrée est une tension qui varie relativement lentement, comme représenté par les parties 30, 31 ou 33, 34 de la figure 17 ; il présente au contraire deux parties 36, 37 et 37, 38 à pente extrêmement raide, en correspondance des variations rapides du signal d'entrée, comme montré sur les parties respectivement 31, 32 et 32, 33.
La distance entre les points 36 et 38 est égale à la distance entre les points 31 et 33.
Le signal fourni par un spectromètre selon l'in- vention et recueilli à la sortie 17 de l'amplificateur 16 est donc du type triangulaire, analogue à celui que fournit un spectromètre classique à fente unique d'entrée et de sortie. Cependant, dans le spectromètre selon l'invention, la quantité d'énergie reçue par la cellule 15 pour la position de réglage du système dispersif, correspondant à la position 13'2 (fig.
16) de l'image du dispositif d'entrée dans le plan du dispositif de sortie, est égale à celle qui a traversé le dispositif d'entrée. Elle peut être plusieurs centaines de fois plus grande que celle d'un spectromètre à fente de même pouvoir séparateur,-Le pouvoir séparateur du spectromètre selon l'invention est défini, comme dans un spectromètre à fente, par la distance entre les points 42 et 43 situés à mi-hauteur du signal triangulaire de sortie, et égale à la moitié de {a distance entre les points 31 et 33, cette moitié étant sensiblement égale à la largeur du plus étroit des intervalles, dans l'exemple choisi 3/100 de mm, du dispositif d'entrée ou de sortie, que celui-ci soit du type à barreaux rectilignes, comme dans les figures 9 à 11, ou du type à hyperboles, comme sur les figures 12 à 14,
ou d'un autre type fournissant à la sortie d'une cellule un signal du type montré sur la figure 17.
Le spectromètre selon l'invention comprend un dispositif d'entrée unique et un dispositif de sortie unique, lequel fournit un faisceau de sortie unique, donc reçu par une cellule ou un récepteur unique, et il ne comporte pas de commutateur optique ni aucun organe en mouvement autre que le système dispersif pour le balayage. Il n'impose donc aucune limitation dans la vitesse de balayage, laquelle peut être aussi grande qu'il est désiré, le temps de défilement de l'image du dispositif d'entrée d'un bord à l'autre du dispositif de sortie pouvant être réduit à une durée de l'ordre de la seconde, et même d'une fraction de seconde, jusques et y compris le centième de seconde et même moins, la seule limitation provenant de la sensibilité du récepteur.
Il est donc particulièrement bien adapté pour l'étude de phénomènes de brèves durées variables d'une manière rapide.
Il permet l'obtention d'un signal spectrométrique d'une exactitude comparable, sinon égale, à celle qu'on obtient par les spectromètres à deux faisceaux de sortie.
Il possède un pouvoir de résolution équivalent à ces dernières, une luminosité du même ordre de grandeur, quoique plus faible, cependant bien supérieure, jusqu'à plusieurs centaines de fois, à celle d'un spectromètre à fente unique de même pouvoir de résolution.
Il est d'une constitution plus simple et d'une fabrication plus commode. Il est d'un faible encombrement et d'un faible poids et a une sécurité de fonctionnement exceptionnellement élevée.
Les résultats obtenus par un appareil selon l'invention sont d'autant plus satisfaisants que l'affaiblissement des fréquences qu'il s'agit d'éliminer est meilleur, c'est-à-dire que le filtre passe-haut est plus efficace. Avec les filtres classiques ordinaires constitués par une ou des résistances et une ou des capacités on obtient, on le sait, des affaiblissements de l'ordre de 6 db par octave. On peut obtenir des affaiblissements plus rapides à l'aide de filtres amplificateurs.
On peut, par exemple, utiliser un filtre contruit par Krohn-Hite Corporation, 580 Massachu- setts Ave, Cambridge 39, Mass. U. S. A. et vendu sous le nom de : Model No. 330-M qui fournit un affaiblissement de 24 db par octave à partir de la fréquence de coupure, les fréquences de coupure de ce filtre passe-bande à fréquence ultra-basse étant bien appropriées pour son utilisation dans l'appareil de spectrométrie selon l'invention,
Un autre filtre convenant pour cette utilisation est le Filtre universel, type 2B construit par le
Laboratoire Electro-Acoustique, 5 rue Jules Parent à Rueil (Seine- & -Oise), France.
La figure 19 est une vue analogue à la figure 8, mais dans laquelle l'appareil comporte un miroir collimateur 100, qui, pour la position de réglage du système dispersif, ici constitué par un réseau 101, correspondant à une longueur d'onde du rayonnement fourni par une source 102, fournit du dispositif d'entrée 103 une image qui est superposée zone à zone avec le dispositif de sortie 104 placé à côté du dispositif 103 dans le plan focal du miroir 100.
Le faisceau de sortie est réfléchi par un miroir 105 sur le récepteur 106, suivi du dispositif électronique 107 de filtration passe-haut et d'amplification.
Dans cette forme de réalisation, ainsi que dans la forme de réalisation montrée sur la figure 8, le dispositif de sortie peut être tel que, pour la position de réglage du système dispersif, l'image d'une zone transparente du dispositif d'entrée, au lieu d'être superposée à une zone transparente du dispositif de sortie, comme dans les réalisations selon les figures 8 et 19-, soit superposée à une zone opaque et l'image d'une zone opaque soit superposée à une zone transparente.
On se réfère maintenant à la figure 20, relative à une autre forme de réalisation. Dans cette forme de réalisation, l'appareil comprend un seul dispositif à zones 50 qui joue à la fois le rôle de dispositif d'entrée et de dispositif de sortie, grâce à l'applica- tion du principe d'auto-collimation. Dans ce but, l'appareil comporte, en dehors du collimateur d'entrée et du collimateur de sortie, un miroir collima- teur 51 qui peut être un miroir cylindrique parabolique dont les génératrices sont parallèles à la direction d'étalement du spectre, le centre du dispositif 50 étant placé sur la ligne focale du miroir 51.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 20, les zones alternées des deux séries sont définies par des droites parallèles, perpendiculaires à la direction d'étalement du spectre, comme selon les figures 9, 10 et 11. Les frontières des zones entre elles pourraient également être des arcs d'hyperboles, comme montré sur les figures 12 à 14. La face 52 du dispositif 50 tournée vers la source de rayonnement à analyser 53 présente en alternance des zones opa ques et non-réfléchissantes 54I,-542, etc. 54N. (fig.
21) et des zones transparentes 551, etc. 55. Sur l'autre face 56 du dispositif 50, la répartition des zones est identique, c'est-à-dire que, à partir d'un des côtés 57 du contour du dispositif perpendiculaire à la direction d'étalement du spectre, on trouve sur la face 56 une première frontière de zones 58t (fig. 22) à même distance du côté 57 que la première frontière de zones 581 sur la face 52, puis une se
a conde frontière de zones 58b à même distance du côté 57 que la seconde frontière de zones 582 sur la face 52, etc.
Sur la face 56, la première zone 591, adjacente au côté 57, est réfléchissante, la seconde zone 601 est transparente, la troisième zone 59., est réfléchissante, etc. ; les zones transparentes 55 de la face 52 sont donc, peut-on dire, dos-à-dos, avec les zones transparentes 60 de la face 56, et les zones opaques non-réfléchissantes 54 de la face 52 sont dos-à-dos avec les faces réfléchissantes 59 de la face 56.
Lorsque la source de rayonnement 53 est une source monochromatique et que le système dispersif 11 est dans sa position de réglage correspondant à la longueur d'onde dudit rayonnement, un pinceau p traversant le dispositif 50 par ses zones transparentes 55-60 est réfléchi par le miroir 51 sur le système dispersif 11 qui, dans sa position de réglage, le renvoie, en suivant le parcours inverse, sur le miroir 51 et le pinceau réfléchi traverse le dispositif 50 par la zone même par laquelle il est entré dans ce dispositif dans son trajet vers le système dispersif.
Dans cette condition, donc, aucun pinceau dispersé ne parvient sur les zones réfléchissantes 59 que comporte la face 56 du dispositif 50 tournée vers le miroir 51, de sorte que le faisceau de sortie, pour lequel est prévu un miroir 61 et un récepteur ou cellule photo-élec- trique 62, ne transporte aucune énergie. Par contre, pour toute autre position du système dispersif 11, des parties des pinceaux dispersés par le système dispersif 11 rencontrent, après réflexion sur le miroir 51, des zones réfléchissantes 59 du dispositif de sortie et le récepteur 62 reçoit de l'énergie rayonnante, la normale à la plaque constitutive du dispositif 50 faisant un petit angle avec l'axe du miroir 51 pour permettre la réflexion des pinceaux rencontrant les zones réfléchissantes 59 vers le miroir 61.
Le diagramme représentatif de cette énergie est représenté très schématiquement sur la figure 23. A partir du point 63, correspondant à la position de réglage du système dispersif 11, pour lequel l'énergie rayonnante reçue sur le récepteur 62 est nulle, si le système dispersif est écarté de cette position suivant un mouvement uniforme, l'énergie tombant sur le récepteur 62 croît d'abord très brusquement jusqu' au point 64 (pour un sens de déplacement du système dispersif), pour lequel le pinceaux traversant la zone 55n tombe tout entier,-après réflexion sur le miroir 51, dispersion par le système dispersif 11, nouvelle réflexion sur le miroir 51-, sur la zone réfléchissante 59nus l'énergie rayonnante diminuant ensuite, mais très lentement,
comme le montre la partie 64-65 du diagramme, jusqu'à reprendre la valeur nulle lorsque l'image que fournissent le miroir 51 et le système dispersif 11 du dispositif 50 se forme tout entière en dehors du dispositif 50, le diagramme présentant les parties symétriques 63, 66, 67 pour un déplacement du système dispersif dans le sens opposé à partir de sa position de réglage. Le traitement de la tension électrique fournie à la sortie du récepteur 62 dans un filtre-amplificateur 68 du type passe-haut fournit un signal triangulaire, qui est un signal spectrométrique.
Cet appareil permet donc d'effectuer une analyse spectrométrique d'un rayonnement à l'aide d'un seul dispositif à zones et d'un seul récepteur, sans faire appel à des organes mobiles, sauf, bien entendu, le système dispersif animé du mouvement de balayage.
Le fait qu'on utilise un seul dispositif à zones permet de faire occuper à ce dernier l'intégralité du champ de l'appareil, qui présente ainsi, toutes choses égales d'ailleurs, une luminosité plus élevée que les appareils comportant dans le même plan un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie autonomes.