RO126602B1 - Sistem spectrofotometric modular pentru caracterizarea spectrală a componentelor sistemelor optice - Google Patents

Description

Invenția se referă la un sistem spectrofotometric modular pentru caracterizarea spectrală a componentelor și sistemelor optice.

Componentele optice și sistemele optice, denumite în continuare componente optice, care pot să fie caracterizate, sunt de două mari categorii:

- componente fără putere optică (ferestrele, filtrele, prismele);

- componente cu putere optică (lentile, ansambluri de lentile, lentile prismatice, ansambluri de prisme și lentile).

Un alt criteriu important de clasificare a componentelor optice este efectul prismatic al componentei sau așa-numita putere prismatică, caracterizat de proprietatea că direcția razei principale a fasciculului emergent diferă de direcția razei principale a fasciculului incident. Folosind acest criteriu, componentele optice se pot împărți în două categorii:

- componente fără putere prismatică (ferestre, lentile și sisteme de lentile centrate);

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

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

- componente fără putere optică și fără putere prismatică;

- componente fără putere optică, dar cu putere prismatică;

- componente cu putere optică, dar fără putere prismatică;

- componente cu putere optică și cu putere prismatică.

Orice componentă intrăîn una dintre aceste categorii, și fiecare categorie are o configurație de măsurare care se poate realiza folosind modulele specificate în prezenta invenție.

Domeniul de aplicabilitate al invenției este industria optică, laboratoarele de testare a componentelor și sistemelor optice.

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

în ultimii ani, crearea analizorilor spectrali miniaturali a dus la realizarea multor echipamente de analiză spectrală. De aceasta a beneficiat și domeniul caracterizărilor spectrale ale componentelor optice. Sistemele realizate cunoscute sunt destinate:

- testării componentelor de tip lamă plan paralelă;

- testării prin reflexie a acoperirilor protectoare.

Principalele dezavantaje ale sistemelor existente pe plan internațional constau în numărul redus de tipuri de componente optice care pot fi caracterizate folosind sistemele respective, și domeniul spectral relativ îngust pe care se poate face această caracterizare.

Prezenta invenție are scopul de a elimina aceste dezavantaje, și de a permite, în principiu, caracterizarea spectrală a oricărei componente optice.

Un dezavantaj al sistemului propus prin invenție ar putea să fie considerată necesitatea efectuării unor proceduri de control al corectitudinii montajului la schimbarea configurațiilor de măsurare. Desigurcă nu se poate pune problema posibilitățilorverificării tuturor componentelor optice. Limitările nu sunt de principiu și sunt numai legate de dimensiunile componentelor, de puterea surselor de radiație și de sensibilitatea analizorilor spectrali disponibili.

Domeniul cel mai probabil de aplicare a invenției este acela al componentelor optice de dimensiuni mici și medii, cu diametrul util cuprins între 2 și 50 mm.

RO 126602 Β1

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în caracterizarea spectrală a 1 componentelor optice, cu acoperirea tuturor tipurilor de componente optice existente. Acest sistem trebuie să permită verificarea folosind aceleași surse de radiație și aceiași analizori 3 spectrali ai tuturor tipurilor de componente optice cu un număr minim de module suplimentare necesare. 5

Sistemul spectrofotometric modular, pentru caracterizarea spectrală a componentelor și sistemelor optice, conform invenției, este alcătuit din următoarele componente: 7

- o sursă de lumină (radiație) de spectru cât mai larg, astfel încât să acopere domeniul spectral al analizorului spectral; 9

- o diafragmă ce are rolul de a reduce distribuția unghiulară a fasciculului emergent din colimator; 11

- un sistem de colimare având în planul focal diafragma, și un obiectiv cât mai bine corectat pentru domeniul spectral al sursei; 13

- o diafragmă variabilă (iris) pentru a regla fasciculul de lumină;

- un suport care ține solidare sursa de lumină, diafragma și sistemul optic de coli- 15 mare, formând brațul de iluminare;

- unul sau mai multe suporturi pentru componenta optică de testat; 17

- un obiectiv care asigură colectarea radiației care a trecut prin probă într-o sferă foto metri că; 19

- o sferă foto metri că;

- un analizor spectral din categoria cunoscută comercial ca „minispectrofotometre, 21 caracterizat de un element de intrare constituit dintr-o fibră optică;

- un suport care ține solidare obiectivul colector, sfera fotometrică și analizorul 23 spectral, formând brațul de măsurare;

- o articulație care asigură rotirea relativă a celor două brațe în jurul unui punct cât 25 mai aproape componenta optică ce este caracterizată. Acest modul asigură posibilitatea caracterizării componentelor optice care au putere prismatică; 27

- una sau mai multe componente mecanice de legătură.

Avantajul principal al invenției constă în posibilitatea de caracterizare a componen- 29 telor optice cu una sau mai multe axe optice (cu putere prismatică), a componentelor optice cu putere sferică, practic a tuturor tipurilor de componente optice. Aceasta este permisă 31 datorită configurației modulare a sistemului spectrofotometric.

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătura și cu 33 fig. 1...4, ce reprezintă:

- fig. 1, sistem spectrofotometric modularîntr-o configurație ce permite caracterizarea 35 spectrală a componentelor optice fără putere prismatică (putere prismatică nulă);

- fig. 2, sistem spectrofotometric modularîntr-o configurație ce permite caracterizarea 37 spectrală a componentelor optice cu putere prismatică nenulă;

- fig. 3, sistem în situația în care caracterizează elemente optice fără putere 39 prismatică, de tip lame plan paralele sau lentile;

- fig. 4, sistem în situația în care caracterizează o prismă (element fără putere optică, 41 dar cu putere prismatică).

Descrierea sistemului spectrofotometric și funcționarea acestuia în configurația de 43 caracterizare spectrală a componentelor optice cu putere prismatică nulă, conform fig. 1, este următoarea: 45

- se aliniază cele două brațe ale spectrofotometrului prin rotirea brațului mobil;

- sursa a de radiație emite un fascicul care este limitat de o diafragmă b; 47

- fasciculul de radiație este colimat cu ajutorul obiectivului c, astfel încât prin probă să treacă raze într-un domeniu limitat de unghiuri; 49

RO 126602 Β1

- se limitează diametrul fasciculului cu ajutorul diafragmei d variabile, până la diametrul util al probei, astfel încât fasciculul de radiație să urmeze numai traseul pentru care componenta optică a fost concepută. Orice derogare de la această condiție duce la erori de măsurare;

- se așază piesa optică de caracterizat pe suportul f al probei, și se verifică astfel ca fasciculul de radiație să nu fie limitat de o margine a piesei;

- se folosește obiectivul g colector, pentru a avea garanția faptului că întreg fasciculul de radiație intră în deschiderea de intrare a sferei h fotometrice;

- se îndepărtează piesa de pe suportul f al probei, și se verifică din nou, ca întreg, fasciculul care trece de diafragma d variabilă și intră în sfera fotometrică;

- se înregistrează răspunsul spectral S₀(Ă) dat de către analizorul i spectral, în această situație;

- se așază piesa optică de caracterizat pe suportul f al probei, în poziția stabilită mai sus;

- se înregistrează răspunsul spectral S(Ă) dat de către analizorul i spectral, în această situație;

- se determină transmisia spectrală a componentei optice folosind relația (1).

Descrierea sistemului spectrofotometric și funcționarea acestuia în configurația de caracterizare spectrală a componentelor optice cu putere prismatică diferită de zero, conform fig. 2, este următoarea:

- sursa a de radiație emite un fascicul care este limitat de diafragma b;

- fasciculul de radiație este colimat cu ajutorul obiectivului c, astfel încât prin probă să treacă raze într-un domeniu limitat de unghiuri;

- se limitează diametrul fasciculului cu ajutorul diafragmei d variabile, până la diametrul util al probei, astfel încât fasciculul de radiație să urmeze numai traseul pentru care componenta optică a fost concepută. Orice derogare de la această condiție duce la erori de măsurare;

- se așază piesa optică de caracterizat pe suportul f al probei, și se verifică faptul că fasciculul de radiație nu este limitat de o margine a piesei;

- se folosește obiectivul g colector, pentru a avea garanția faptului că întreg fasciculul de radiație intră în deschiderea de intrare a sferei h fotometrice;

- pentru realizarea condiției de mai sus, se rotește brațul j mobil în jurul articulației k.

- se îndepărtează piesa de pe suportul f al probei, și se verifică din nou că întreg fasciculul care trece de diafragma d variabilă intră în sfera h fotometrică. în acest scop se revine cu brațul mobil paralel cu brațul fix;

- se înregistrează răspunsul spectral S₀(Ă) dat de către analizorul i spectral, în această situație;

- se așază piesa optică de caracterizat pe suportul f al probei în poziția precizată mai sus. în acest scop se rotește brațul j mobil în jurul articulației k;

- se înregistrează răspunsul spectral S(Ă) dat de către analizorul i spectral, în această situație;

- se determină transmisia spectrală a componentei optice folosind relația (1);

RO 126602 Β1

- un caz la limită al sistemelor cu putere prismatică poate fi considerat acela al oglin- 1 zilor sau, mai general, al sistemelor în care are loc cel puțin o reflexie. în acest caz se poate vorbi despre reflectanta spectrală a componentei optice, care se determină printr-o relație 3 (2), similară cu (1):

Ca exemple tipice de componente optice, care pot fi caracterizate cu ajutorul sistemului care este obiectul invenției, sunt: 11

- lamele (filtre, ferestre etc.) și lentilele (fig. 3);

- prismele și oglinzile (fig. 4). 13

Articulația (k) dintre brațul de iluminare și brațul de măsurare permite acoperirea unui sector de 170°, ceea ce face posibilă caracterizarea spectrală a componentelor optice cu 15 putere prismatică, indiferent de unghiul de deviere.

Claims (2)

1. Revendicări

   1. Sistem spectrofotometric modular, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintr-un braț fix de iluminare, format dintr-un suport (e) pe care sunt montate solidar o sursă (a) de radiație, o diafragmă (b) ce are rolul de a reduce distribuția unghiulară a fasciculului emis de sursa (a) de radiație, fasciculul fiind în continuare colimat cu ajutorul unui obiectiv (c), și o diafragmă (d) variabilă, ce limitează diametrul fasciculului rezultat, dintr-unul sau mai multe suporturi (f) de susținere a unei componente de testat, precum și dintr-un braț mobil de măsurare, format dintr-un alt suport (j), pe care sunt așezate solidar un obiectiv (g) care asigură colectarea radiației, ce a trecut prin componenta optică de testat, într-o sferă (h) fotometrică, și un analizor (i) spectral, prevăzut cu un element de intrare constând dintr-o fibră optică, între cele două brațe fiind prevăzută o articulație (k) ce permite rotirea relativă a acestora în jurul unui punct situat cât mai aproape de componenta optică testată.
2. 2. Sistem conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că articulația (k) dintre brațul de iluminare și brațul de măsurare permite acoperirea unui sector de 170°, ceea ce face posibilă caracterizarea spectrală a componentelor optice cu putere prismatică, indiferent de unghiul de deviere.