RO126602A2 - Sistem spectrofotometric modular pentru caracterizarea spectrală a componentelor sistemelor optice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem spectrofotometric modular, pentru caracterizarea spectrală a componentelor şi sistemelor optice. Sistemul conform invenţiei este alcătuit dintr-un braţ de iluminare, format dintr-o sursă de radiaţie (a), dintr-o diafragmă (b) ce are rolul de a reduce distribuţia unghiulară a fasciculului emis de sursa de radiaţie (a), fasciculul fiind în continuare colimat cu ajutorul unui obiectiv (c), diametrul fasciculului rezultat fiind apoi limitat cu ajutorul altei diafragme (d) variabile, un suport (e) ţinând solidare toate aceste componente care alcătuiesc braţul de iluminare, dintr-unul sau mai multe suporturi (f) de susţinere a unei componente optice de testat, precum şi dintr-un braţ de măsurare, format dintr-un obiectiv (g) care asigură colectarea radiaţiei care a trecut prin componenta optică de testat într-o sferă fotometrică (h), şi dintr-un analizor spectral (i), prevăzut cu un element de intrare constând dintr-o fibră optică, un alt suport (j) ţinând solidare aceste componente care alcătuiesc braţul de măsurare, între cele două braţe fiind prevăzută o articulaţie (k) ce permite rotirea relativă a acestora în jurul unui punct situat cât mai aproape de componenta optică testată.

Description

TITLUL INVENȚIEI

Sistem spectrofotometric modular pentru caracterizarea spectrala a componentelor si sistemelor optice

DOMENIUL TEHNIC IN CARE POATE FI APLICATA INVENȚIA

Invenția se refera la un sistem spectrofotometric modular care permite caracterizarea spectrala a componentelor si sistemelor optice. Componentele optice si sistemele optice denumite in continuare “componente optice”, care pot sa fie caracterizate sunt de doua mari categorii componente fara putere optica (ferestrele, filtrele, prismele);

componente cu putere optica (lentile, ansambluri de lentile, lentile prismatice, ansambluri de prisme si lentile).

Un alt criteriu important de clasificare al componentelor optice este efectul prismatic al componentei sau asa numita putere prismatica, caracterizat de proprietate ca direcția razei principale a fasciculului emergent diferă de direcția razei principale a fasciculului incident.. Folosind acest criteriu, componentele optice se pot imparti in doua categorii:

componente fara putere prismatica( ferestre, lentile si sisteme de lentile centrate);

componente cu putere prismatica (prisme, lentile descentrate, ansambluri de prisme etc.)

Ca urmare a acestor împărțiri se pot distinge patru categorii de componente optice, respectiv:

1) componente fara putere optica si fara putere prismatica;

2) componente fara putere optica dar cu putere prismatica;

3) componente cu putere optica dar fara putere prismatica;

4) componente cu putere optica si cu putere prismatica.

Orice componenta intra in una din aceste categorii si fiecare categorie are o configurație de măsurare care se poate realiza folosind modulele specificate in prezenta invenție.

Domeniul de aplicabilitate al invenției este industria optica, laboratoarele de testare ale componentelor si sistemelor optice.

PREZENTAREA STADIULUI TEHNICII CUNOSCUT SOLICITANTULUI

Caracterizarea spectrofotometrica este comuna multor laboratoare de încercări din multe domenii dar marea lor majoritate sunt din domeniul biologiei, chimiei sau chiar fizicii unde se testează fie soluții in cuve sau probe sub forma unor lame. In multe din laboratoarele de optica se folosesc spectrofotometre de uz general .Acestea permit caracterizarea spectrala numai a probelor sub forma de lame plan paralele intr.-un montaj de transmisie sau, folosind un montaj pentru reflexie spectrul de reflexie al unei probe plane la un unghi apropiat de 45°.

In ultimii ani, crearea analizorilor spectrali miniaturali a dus la realizarea multor echipamente de analiza spectrala. De aceasta a beneficiat si domeniul caracterizărilor spectrale ale componentelor optice. Sistemele realizate cunoscute sunt destinate testării componentelor de tip lama plan paralela;

testării prin reflexie a acoperirilor protectoare.

Principalele avantaje si dezavantaje

Principale dezavantaje ale sistemelor existente pe plan internațional constau in numărul redus de tipuri de componente optice care pot fi caracterizate folosind sistemele respective si domeniul spectral relativ îngust pe care se poate face aceasta caracterizare.

Prezenta invenție are scopul de a elimina aceste dezavantaje si de a permite, in principiu caracterizarea spectrala a oricărei componente optice. , ?”

Un dezavantaj al sistemului propus prin invenție ar putea sa fie considerat necesitatea efectuarii..

’· ά·'; ’ ··'.·· ' ¢^-2 0 0 9 - 0 0 9 6 8 -2 5 -11- 2009

unor proceduri de control al corectitudinii montajului la schimbarea configurațiilor de măsurare.

PREZENTAREA PROBLEMEI TEHNICE PE CARE TREBUIE SA O REZOLVE INVENȚIA

Scopul invenției este realizarea unui sistem modular care sa asigure o mare flexibilitate in caracterizarea spectrala a componentelor optice, cu acoperirea tuturor tipurilor de componente optice existente. Acest sistem trebuie sa permită verificarea folosind aceleași surse de radiație si aceiași analizori spectrali ai tuturor tipurilor de componente optice cu un număr minim de module suplimentare necesare.

Desigur ca nu se poate pune problema posibilităților verificării tuturor componentelor optice.

Limitările nu sunt de principiu si sunt numai legate de dimensiunile componentelor , de puterea surselor de radiație si de sensibilitatea analizorilor spectrali disponibili.

Domeniul cel mai probabil de aplicare al invenției este acela al componentelor optice de dimensiuni mici si medii cu diametrul util cuprins intre 2 si 50mm.

EXPUNEREA INVENȚIEI

Sistemul “Sistem spectrofotometric modular pentru caracterizarea spectrala a componentelor si sistemelor optice”, conform invenției, este alcătuit din următoarele module:

a) sursa de lumina (radiație ) de spectru cat mai larg, astfel incat sa acopere domeniul spectral al analizorului spectral;

b) o diafragma care are rolul de a reduce distribuția unghiulara a fascicolului emergent din colimator sa fie cat mai redusa;

c) un sistem de colimare avand in planul focal diafragma si un un obiectiv cat mai bine corectat pentru domeniul spectral al sursei;

d) o diafragma variabila (iris);

e) un suport care tine solidare sursa de lumina a), diafragma b) si sistemul optic de colimare c) formând brațul de iluminare;

f) unul sau mai multi suporți pentru componenta optica de testat;

g) un obiectiv care asigura colectarea radiației care a trecut prin proba intr-o sfera fotometrica;

h) o sfera fotometrica;

i) un analizor spectral, din categoria cunoscuta comercial ca „ minispectrofotometre” caracterizat de un element de intrare constituit dintr-o fibra optica;

j) un suport care tine solidare elementele e),f) si g) formând brațul de măsurare;

k) o articulație care asigura rotirea relativa a celor doua brațe in jurul unui punct cat mai aproape componenta optica caracterizata. Acest modul asigura posibilitatea caracterizării componentelor optice care au putere prismatica.

l) una sau mai multe componente mecanice de legătură.

Se prezintă in continuare un exemplu de realizare a invenției, in legătură si cu figurile. 1 si 2.care reprezintă configurațiile de baza ale sistemului.

Descrierea sistemului spectrofotometric in configurația de caracterizare spectrala a componentelor optice cu putere prismatica nula este următoarea:

1) Se aliniaza cele doua brațe ale spectrofotometrului prin rotirea brațului mobil.

2) Sursa de radiație a) emite un fascicul care este limitat de diafragma b);

3) Fasciculul de radiație este colimat cu ajutorul obiectivului c), astfel incat prin proba sa treaca raze intr-un domeniu limitat de unghiuri;

4) Se limteaza diametrul fasciculului cu ajutorul diafragmei variabile d), pana la diametrul util al probei astfel incat fascicolul de radiație sa urmeze numai traseul pentru care componenta optica a fost conceputa. Orice derogare de la aceasta condiție duce la erori de măsurare.

5) Se asaza piesa optica de caracterizat pe suportul probei f) si se verifica ca fascicolyLde radiație nu este limitat de o margine a piesei. .x2

Cv-2 Ο Ο 9 - Ο Ο 9 & θ

5 -11- 2009

6) Se folosește obiectivul colector g) pentru a avea garanția faptului ca întreg fascicolul de radiație intra in deschiderea de intrare a sferei fotometrice h).

7) Se indeparteaza piesa de pe suportul probei f) si se verifica din nou ca întreg fascicolul care trece de diafragma variabila d) intra in sfera fotometrica

8) Se înregistrează răspunsul spectral S₀(A) dat de către analizorul spectral i), in aceasta situație;

9) Se aseaza piesa optica de caracterizat pe suportul probei f) in poziția stabilita la punctul 4);

10) Se înregistrează răspunsul spectral S(A) dat de către analizorul spectral i), in aceasta situație;

11) Se determina transmisia spectrala a componentei optice folosind relația 1.

s0(z)

(1)

Descrierea sistemului spectrofotometric in configurația de caracterizare spectrala a componentelor optice cu putere prismatica diferita de zero este următoarea:

1) Sursa de radiație a) emite un fascicul care este limitat de diafragma b);

2) Fasciculul de radiație este colimat cu ajutorul obiectivului c), astfel incat prin proba sa treaca raze intr-un domeniu limitat de unghiuri;

3) Se limteaza diametrul fasciculului cu ajutorul diafragmei variabile d), pana la diametrul util al probei astfel incat fascicolul de radiație sa urmeze numai traseul pentru care componenta optica a fost conceputa. Orice derogare de la aceasta condiție duce la erori de măsurare.

4) Se aseaza piesa optica de caracterizat pe suportul probei f) si se verifica ca fascicolul de radiație nu este limitat de o margine a piesei.

5) Se folosește obiectivul colector g) pentru a avea garanția faptului ca întreg fascicolul de radiație intra in deschiderea de intrare a sferei fotometrice h).

6) Pentru realizarea condiției de la punctul 5) se rotește brațul mobil j) in jurul articulației k).

7) Se indeparteaza piesa de pe suportul probei f) si se verifica din nou ca întreg fascicolul care trece de diafragma variabila d) intra in sfera fotometrica . In acest scop se revine cu brațul mobil paralel cu brațul fix.

8) Se înregistrează răspunsul spectral So(A) dat de către analizorul spectral i), in aceasta situație;

9) Se asaza piesa optica de caracterizat pe suportul probei f) in poziția stabilita la punctul 4). In acest scop se rotește brațul mobil j) in jurul articulației k);

10) Se înregistrează răspunsul spectral S(A) dat de către analizorul spectral i), in aceasta situație;

11) Se determina transmisia spectrala a componentei optice folosind relația 1;

12) Un caz la limita al sistemelor cu putere prismatica poate fi considerat acela al oglinzilor sau mai general al sistemelor in care are loc cel puțin o reflexie. In acest caz se poate vorbi despre “reflectanta” spectrala a componentei optice si care se determina printr-o relație, 2, similara cu 1.

S₀(Z)

Ca exemple tipice de componente optice ce pot fi caracterizate cu ajutorul sistemului care este obiectul invenției sunt:

lamele (filtre, ferestre etc) si lentilele (figura 3) prismele si oglinzile (figura 4).

tX-2 Ο Ο 9 ' Ο Ο 9 6 6 - 2 5 -1t- 2009

PREZENTAREA AVANTAJELOR IN RAPORT CU STADIUL RELEVANT AL INVENȚIEI

Avantajul prinncipal al invenției consta in posibilitatea de caracterizare a componentelor optice cu una sau mai multe axe optice ( cu putere peismatica), a componentelor optice cu putere sferica, practic a tuturor tipurilor de componente optice. Aceasta este permis datorita configurației modulare a sistemului spectrofotometric.

Claims (2)

1. REVENDICĂRI

   1. Sistem spectrofotometric modular, conform invenției, caracterizat prin aceea ca este compus dintr-un modul de iluminare susținut de brațul de iluminare, care are rolul de a emite un fascicul de lumina colimat de spectru larg, un modul de măsurare care conține un obiectiv colector cu rolul de a colecta radiația emergenta din proba si analizorul spectral caracterizat de un domeniu de detecție cel puțin egal cu domeniul spectral al sursei; cele doua brațe sunt unite printr-o articulație care permite realizarea unui unghi variabil intre axa optica a modulului de iluminare si axa optica a modulului de măsurare. Din sistemul spectrofotometric modular, conform invenției, face parte de asemenea unitatea de achiziție si prelucrare a datelor care este controlata prin intermediul unui software dedicat. Prin aceasta alcătuire modulara si software-ul dedicat se asigura flexibilitatea care permite dispunerea modulelor componente in scopul realizării tuturor tipurilor de configurații de măsurare necesare, in vederea caracterizării spectrale atat a sistemelor optice monoaxiale, cat si celor cu putere prismatica, cu sau fara putere optica.
2. 2. Configurația de măsurare a sistemelor cu putere prismatica, conform revendicării 1, care are in compunere brațul de iluminare si brațul de măsurare unite printr-o articulație care permite acoperirea unui sector de 170°, ceea ce face posibila caracterizarea spectrala a sistemelor optice cu putere prismatica (figura 2), indiferent de unghiul de deviere.