RU2069323C1 - Spectroscope - Google Patents
Spectroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069323C1 RU2069323C1 RU94002788A RU94002788A RU2069323C1 RU 2069323 C1 RU2069323 C1 RU 2069323C1 RU 94002788 A RU94002788 A RU 94002788A RU 94002788 A RU94002788 A RU 94002788A RU 2069323 C1 RU2069323 C1 RU 2069323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scale
- channel
- concave spherical
- diffraction grating
- spectroscope
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике, а именно к оптическим спектральным приборам и может быть использовано для спектрального анализа различных материалов. The invention relates to technical physics, namely to optical spectral devices and can be used for spectral analysis of various materials.
Известен спектроскоп, состоящий из линзы, в фокусе которой помещается щель, и призмы. При освещении щели исследуемым источником света через призму видно на бесконечности мнимое цветное изображение щели [1]
Разрешающая способность такого спектроскопа при достаточно узкой щели ограничивается свойствами глаза. Приняв, что наименьшее угловое расстояние между двумя линиями, различными глазом составляет 1', то для призмы из стекла ТФ1 с преломляющим углом 60o предел разрешения спектроскопа в соответствии с [1] для длины волны 486,1 нм составит 0,8 нм. В красной части спектра, где дисперсия призмы резко падает, разрешение еще ниже. Изменение дисперсии призмы также сказывается на неравномерности шкалы длин волн, что создает определенные неудобства для оператора при отсчете длин волн.A known spectroscope consisting of a lens in the focus of which is placed a slit, and a prism. When illuminating a slit with an investigated light source through a prism, an imaginary color image of the slit is visible at infinity [1]
The resolution of such a spectroscope with a sufficiently narrow slit is limited by the properties of the eye. Assuming that the smallest angular distance between two lines with different eyes is 1 ', then for a TF1 glass prism with a refractive angle of 60 °, the spectroscope resolution limit in accordance with [1] for a wavelength of 486.1 nm will be 0.8 nm. In the red part of the spectrum, where the dispersion of the prism drops sharply, the resolution is even lower. Changing the dispersion of the prism also affects the unevenness of the wavelength scale, which creates certain inconvenience for the operator when counting wavelengths.
Из уровня техники известен спектроскоп видимого диапазона [2] состоящий из корпуса, щелей и дисперсионного элемента в виде голографической асимметричной сетки, укрепленной в окошке в косой стенке, отклоненной по отношению к лицевой стенке корпуса на угол, величина которого зависит от плотности сетки. The prior art spectroscope of the visible range [2] consisting of a body, slots and a dispersion element in the form of a holographic asymmetric grid, mounted in a window in an oblique wall, deflected by an angle with respect to the front wall of the body, the magnitude of which depends on the density of the grid.
Недостатками этого аналога являются несовпадение осей визирования на источник излучения и наблюдения спектра, а также отсутствие шкалы длин волн. The disadvantages of this analogue are the mismatch of the axes of sighting of the radiation source and the observation of the spectrum, as well as the lack of a wavelength scale.
Ближайшим аналогом к изобретению является спектроскоп [3] состоящий из канала объекта, включающего оптически связанные и последовательно расположенные входную щель, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, первую линзу, призму прямого зрения Амичи и выходное окно, и канала шкалы, включающего оптически связанные и последовательно расположенные шкалу длин волн, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, вторую линзу, поворотную призму и третью линзу, оптически связанную с последней гранью призмы прямого зрения Амичи канала объекта. The closest analogue to the invention is a spectroscope [3] consisting of an object channel, including an optically coupled and sequentially located entrance slit mounted with the possibility of movement along the optical axis, a first lens, Amici’s direct viewing prism and an exit window, and a scale channel including optically coupled and sequentially located wavelength scale, mounted to move along the optical axis, a second lens, a rotary prism and a third lens, optically connected to the last facet of the prisms Amici direct view channel object.
В этом спектроскопе излучение через входную щель, находящуюся в фокусе первой линзы, проходит эту линзу и параллельным пучком падает на призму прямого зрения Амичи. Разложенное в спектр излучение рассматривается глазом через окно. Одновременно наблюдается на бесконечности мнимое изображение шкалы длин волн, образованное второй и третьей линзами и совмещенное с цветным изображением щели с помощью поворотной призмы и последней грани призмы прямого зрения Амичи. In this spectroscope, radiation through the entrance slit, which is in the focus of the first lens, passes through this lens and falls in parallel beam onto the direct prism of Amici. The radiation decomposed into the spectrum is viewed by the eye through a window. At the same time, at infinity, an imaginary image of the wavelength scale is observed, formed by the second and third lenses and combined with a color image of the slit using a rotary prism and the last facet of the Amichi direct prism.
Для удобства экспертизы в связи с малым количеством экземпляров источника литературы на фиг. 3 приведена оптическая схема ближайшего аналога. For convenience, due to the small number of copies of the literature source in FIG. 3 shows the optical scheme of the closest analogue.
Диоптрийная наводка на резкость спектра и шкалы производится раздельно перемещением входной щели и шкалы длин волн вдоль соответствующих оптических осей. Diopter focusing on the sharpness of the spectrum and the scale is done separately by moving the input slit and the wavelength scale along the corresponding optical axes.
К недостаткам данного спектроскопа можно отнести:
низкое спектральное разрешение в длинноволновой части видимой области спектра (не разрешается желтый дуплет натрия);
неравномерная шкала длин волн;
сравнительно большая масса прибора из-за обилия призм и линз и длина прибора из-за последовательно установленных на одной оптической оси всех элементов схемы;
раздельное перемещение входной щели и шкалы длин волн для наводки на резкое изображение.The disadvantages of this spectroscope include:
low spectral resolution in the long wavelength part of the visible spectrum (yellow sodium doublet is not allowed);
uneven wavelength scale;
the relatively large mass of the device due to the abundance of prisms and lenses and the length of the device due to all elements of the circuit sequentially installed on the same optical axis;
Separate movement of the entrance slit and wavelength scale for aiming at a sharp image.
Техническая задача, которая решалась при создании изобретения, заключается в разработке конструкции спектроскопа, обладающего улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками. The technical problem that was solved when creating the invention is to develop the design of a spectroscope with improved technical and operational characteristics.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении спектрального разрешения в длинноволновой части видимой области спектра и в получении равномерной шкалы длин волн. The technical result from the use of the invention is to increase the spectral resolution in the long wavelength part of the visible region of the spectrum and to obtain a uniform wavelength scale.
Дополнительный технический результат заключается в уменьшении массы и размеров спектроскопа и упрощении настройки спектроскопа под индивидуальный глаз наблюдателя. An additional technical result consists in reducing the mass and size of the spectroscope and simplifying the adjustment of the spectroscope to the individual eye of the observer.
Этот технический результат достигается тем, что спектроскоп, состоящий из канала излучения, включающего входную щель и выходное окно, входная щель установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси канала излучения, и канала шкалы, включающего шкалу длин волн, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси канала шкалы, канал излучения дополнительно включает вогнутое сферическое зеркало и плоскую дифракционную решетку, канал шкалы дополнительно включает плоское зеркало и вогнутое сферическое зеркало, причем радиусы кривизны вогнутых сферических зеркал в обоих каналах одинаковы, плоская дифракционная решетка выполнена с зоной прозрачности, в канале излучения входная щель расположена в фокусе вогнутого сферического зеркала, оптически связанного через плоскую дифракционную решетку с выходным окном, угол падения лучей от вогнутого сферического зеркала на плоскую дифракционную решетку составляет
где lср средняя длина волны оптического диапазона спектроскопа, нм;
σ постоянная плоской дифракционной решетки, нм,
а в канале шкалы шкала длин волн, плоское зеркало и вогнутое сферическое зеркало оптически связаны и расположены последовательно, причем шкала длин волн находится в фокусе вогнутого сферического зеркала канала шкалы, которое через зону прозрачности плоской дифракционной решетки оптически связано с выходным окном, а перемещение вдоль оптических осей входной щели и шкалы длин волн выполнено общим.This technical result is achieved in that a spectroscope consisting of a radiation channel including an entrance slit and an exit window, an entrance slit is mounted to move along the optical axis of the radiation channel, and a scale channel including a wavelength scale mounted to move along the optical axis of the channel the scale, the radiation channel further includes a concave spherical mirror and a flat diffraction grating, the scale channel further includes a flat mirror and a concave spherical mirror, and p the radii of curvature of the concave spherical mirrors are the same in both channels, the planar diffraction grating is made with a transparency zone, the input slit in the radiation channel is located at the focus of the concave spherical mirror optically coupled through the planar diffraction grating with the exit window, the angle of incidence of the rays from the concave spherical mirror onto the plane diffraction lattice is
where l cf is the average wavelength of the optical range of the spectroscope, nm;
σ is the constant of a planar diffraction grating, nm,
and in the channel of the scale, the wavelength scale, a flat mirror and a concave spherical mirror are optically connected and arranged in series, the wavelength scale being in the focus of a concave spherical mirror of the channel of the scale, which is optically connected to the exit window through the transparency zone of the flat diffraction grating, and movement along the optical the axes of the entrance slit and the wavelength scale are made common.
Этот технический результат достигается также тем, что в плоской дифракционной решетке отношение площади зоны прозрачности к площади отражающей зоны составляет (0,02-0,2). This technical result is also achieved by the fact that in a flat diffraction grating, the ratio of the area of the transparency zone to the area of the reflecting zone is (0.02-0.2).
На фиг. 1 изображена оптическая схема спектроскопа, на фиг. 2 плоская дифракционная решетка с зоной прозрачности, на фиг. 3 оптическая схема ближайшего аналога. In FIG. 1 shows an optical diagram of a spectroscope; FIG. 2 a planar diffraction grating with a transparency zone, FIG. 3 optical scheme of the closest analogue.
Спектроскоп содержит последовательно расположенные на оптической оси входную щель 1, вогнутое сферическое зеркало 2, плоскую дифракционную решетку 3 и выходное окно 4, составляющие канал 5 излучения, а также оптически связанные шкалу 6 длин волн, плоское зеркало 7 и вогнутое сферическое зеркало 8, составляющие канал 9 шкалы. The spectroscope contains an entrance slit 1, a concave spherical mirror 2, a flat diffraction grating 3 and an output window 4, constituting the radiation channel 5, sequentially located on the optical axis, and also optically coupled to a wavelength scale 6, a flat mirror 7 and a concave spherical mirror 8, constituting the channel 9 scales.
Зеркала 2 и 8 имеют одинаковый радиус кривизны, а в их фокусах расположены соответственно входная щель 1 и шкала 6 длин волн. Зеркала 2, 7 и 8 предназначены для "излома" оптических осей каналов излучения и шкалы, что приводит к уменьшению геометрических размеров спектроскопа. Выходное окно 4 через зону прозрачности плоской дифракционной решетки оптически связано с установленным за плоской дифракционной решеткой 3 вогнутым сферическим зеркалом 8 канала шкалы. Mirrors 2 and 8 have the same radius of curvature, and in their foci are located the entrance slit 1 and the scale 6 wavelengths. Mirrors 2, 7 and 8 are designed to “break” the optical axes of the radiation channels and the scale, which leads to a decrease in the geometric dimensions of the spectroscope. The exit window 4 through the transparency zone of the flat diffraction grating is optically connected to the concave spherical mirror 8 of the scale channel mounted behind the flat diffraction grating 3.
Плоская дифракционная решетка (фиг. 2) представляет собой плоскую прозрачную стеклянную пластину с нанесенным на нее отражающим слоем. В центре решетки оставлена зона прозрачности, сквозь которую наблюдается шкала. Соотношение площадей отражающей поверхности и зоны прозрачности определяется соотношением видимой яркости спектра и шкалы соответственно и может достигать величины (50-5), а обратная величина этого отношения, т.е. отношение площади зоны прозрачности к площади отражающей зоны (0,02-0,2). The flat diffraction grating (Fig. 2) is a flat transparent glass plate with a reflective layer deposited on it. A transparency zone is left in the center of the grating, through which a scale is observed. The ratio of the areas of the reflecting surface and the transparency zone is determined by the ratio of the visible brightness of the spectrum and the scale, respectively, and can reach values (50-5), and the reciprocal of this ratio, i.e. the ratio of the area of the transparency zone to the area of the reflecting zone (0.02-0.2).
Приведенная на фиг. 3 схема ближайшего аналога содержит входную щель 10, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, первую линзу 11, призму прямого зрения Амичи 12 и выходное окно 13, составляющие канал объекта, и оптически связанные шкалу 14 длин волн, вторую линзу 15, поворотную призму 16 и третью линзу 17. Работа прототипа рассмотрена в разделе "Уровень техники". Referring to FIG. 3, the closest analogue circuit contains an entrance slit 10 mounted for movement along the optical axis, a
В разработанном спектроскопе излучение через входную щель 1 расходящимся пучком падает на вогнутое сферическое зеркало 2, выполняющее роль коллиматора и, отразившись от этого зеркала параллельным пучком, падает на плоскую дифракционную решетку 3 под определенным углом. Последняя, работая как отражательная решетка, дифрагирует рабочую область спектра (видимая часть спектра 400-700 нм) в первый рабочий порядок симметрично относительно нормали. Разложенное в спектр излучение наблюдается через окно 4. Шкала 6 длин волн расположена в фокусе вогнутого сферического зеркала 8 и наблюдается через окно 4 в нулевом порядке спектра дифракционной решетки 3, работающей на пропускание, симметрично относительно нормали к решетке. In the developed spectroscope, radiation through the entrance slit 1 diverges into a concave spherical mirror 2, which acts as a collimator and, reflected from this mirror by a parallel beam, falls onto a plane diffraction grating 3 at a certain angle. The latter, working as a reflective grating, diffracts the working region of the spectrum (the visible part of the spectrum 400-700 nm) into the first working order symmetrically with respect to the normal. The radiation decomposed into the spectrum is observed through window 4. A wavelength scale 6 is located at the focus of the concave spherical mirror 8 and is observed through the window 4 in the zeroth order of the transmission spectrum of the diffraction grating 3, symmetrically with respect to the normal to the grating.
Такое построение схемы возможно, если решетка одновременно является и отражающей и пропускающей (например, отражает 90 и пропускает 10), либо выполнена в виде зон с отражающим слоем и зоной прозрачности. Such a construction of the scheme is possible if the lattice is both reflective and transmissive (for example, reflects 90 and transmits 10), or is made in the form of zones with a reflective layer and a transparency zone.
Во-вторых, угол падения на отражательную решетку связан с частотой штрихов решетки выражением
где lср средняя длина волны оптического диапазона спектроскопа, равная для видимой части спектра (400oC700):2=550 нм,
σ постоянная решетки, выраженная в нм.Secondly, the angle of incidence on the reflective grating is related to the frequency of the grating strokes by the expression
where l cf is the average wavelength of the optical range of the spectroscope, which is equal to the visible part of the spectrum (400 o C700): 2 = 550 nm,
σ is the lattice constant, expressed in nm.
В канале шкалы плоское зеркало играет роль ломающего ход лучей. Так как радиусы кривизны зеркал 2 и 8 одинаковы, то шкала 6 и входная щель имеют единую диоптрийную подвижку, что упрощает настройку спектроскопа под индивидуальный глаз наблюдателя. In the channel of the scale, a flat mirror plays the role of breaking the course of the rays. Since the radii of curvature of mirrors 2 and 8 are the same, the scale 6 and the entrance slit have a single diopter movement, which simplifies the adjustment of the spectroscope to the individual eye of the observer.
Так как угловая дисперсия дифракционной решетки практически постоянна по спектру, то в длинноволновой части видимого спектра разрешение значительно превышает разрешение призменного спектроскопа (уверенно разрешается желтый дуплет натрия). При указанном угле падения на решетку обеспечивается равномерность шкалы длин волн. Плоская решетка может быть выполнена на стекле толщиной 1,25 мм, что облегчает спектроскоп по сравнению с ближайшим аналогом, а за счет излома оптических осей его длина при прочих равных условиях также меньше, чем у ближайшего аналога. Since the angular dispersion of the diffraction grating is practically constant over the spectrum, the resolution in the long-wavelength part of the visible spectrum is much higher than the resolution of the prism spectroscope (the yellow doublet of sodium is confidently resolved). At the indicated angle of incidence on the grating, the uniformity of the wavelength scale is ensured. A flat lattice can be made on glass 1.25 mm thick, which facilitates the spectroscope in comparison with the closest analogue, and due to a break in the optical axes, its length, other things being equal, is also less than that of the closest analogue.
Испытания разработанного на предприятии опытного образца экспериментально подтвердили достижение указанного технического результата. Tests of a prototype developed at the enterprise experimentally confirmed the achievement of the specified technical result.
Claims (2)
где lср средняя длина волны оптического диапазона спектроскопа, нм,
σ постоянная плоской дифракционной решетки, выраженная в нм,
а в канале шкалы шкала длин волн, плоское зеркало и вогнутое сферическое зеркало оптически связаны и расположены последовательно, причем шкала длин волн находится в фокусе вогнутого сферического зеркала канала шкалы, которое через зону прозрачности плоской дифракционной решетки оптически связано с выходным окном, а перемещение вдоль оптических осей входной щели и шкалы длин волн выполнено общим.1. A spectroscope consisting of a radiation channel including an exit window and an entrance slit mounted for movement along the optical axis of the radiation channel, and a scale channel including a wavelength scale mounted for movement along the optical axis of the channel, characterized in that the channel radiation further includes a concave spherical mirror and a flat diffraction grating, the channel of the scale further includes a flat mirror and a concave spherical mirror, and the radii of curvature of the concave spherical x mirrors in both channels are identical, flat diffraction grating is formed with a zone of transparency in the emission channel entrance slit is located at the focus of a concave spherical mirror, optically connected through the planar diffraction grating with the exit window, the angle of incidence of rays from the concave spherical mirror to the grating is a planar
where l cf is the average wavelength of the optical range of the spectroscope, nm,
σ is the plane diffraction grating constant, expressed in nm,
and in the channel of the scale, the wavelength scale, a flat mirror and a concave spherical mirror are optically connected and arranged in series, the wavelength scale being in the focus of a concave spherical mirror of the channel of the scale, which is optically connected to the exit window through the transparency zone of the flat diffraction grating, and movement along the optical the axes of the entrance slit and the wavelength scale are made common.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94002788A RU2069323C1 (en) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | Spectroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94002788A RU2069323C1 (en) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | Spectroscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94002788A RU94002788A (en) | 1995-09-20 |
| RU2069323C1 true RU2069323C1 (en) | 1996-11-20 |
Family
ID=20151800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94002788A RU2069323C1 (en) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | Spectroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069323C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU177415U1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | LUMINESCENCE REGISTRATION DEVICE |
-
1994
- 1994-01-31 RU RU94002788A patent/RU2069323C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. - Л.: Машиностроение, 1970, с. 202 - 203. 2. Заявка Польши N 26342, кл. G 01J 3/18, 1991. 3. Спектроскоп СПЗ-1. - Техническое описание, Новосибирск, Новосибирский приборостроительный завод, 1990, с. 12. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU177415U1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | LUMINESCENCE REGISTRATION DEVICE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0764262B1 (en) | Apparatus for carrying out spectral analysis of an optical light source using image detection and separation of special spectral orders | |
| EP0059706B1 (en) | Dispersive optical device | |
| JP5517621B2 (en) | High sensitivity spectrum analysis unit | |
| EP3822692A1 (en) | Device for enlarging exit pupil area and display including the same | |
| EP2437038B1 (en) | Two material achromatic prism | |
| JPH04220537A (en) | Dual spectrometer | |
| US3922089A (en) | Apparatus and method for the uniform separation of spectral orders | |
| RU2069323C1 (en) | Spectroscope | |
| US2669899A (en) | Monochromator | |
| US5182609A (en) | Spectrometer | |
| US3489481A (en) | Apparatus for launching transmitting and receiving two-dimensional optical images by means of surface-guided optical waves | |
| RU2721670C1 (en) | System for expanding the area of the exit pupil of the visual optical system | |
| US3343449A (en) | Veiling luminance measurement device | |
| RU2567447C1 (en) | Mirror autocollimator spectrometer | |
| Strong | On the Resolving Power of a Prism Spectrometer for the Infrared | |
| US4121234A (en) | Focusing and projection screen | |
| US3645630A (en) | Monochromator | |
| RU2054638C1 (en) | Polychromator | |
| SU1038813A1 (en) | Spectral instrument | |
| Lüders et al. | Optical Spectrometers | |
| RU2090846C1 (en) | Polychromator | |
| Greenslade Jr | The spectrometer | |
| SU503141A1 (en) | Photometer Comparison Unit | |
| Westphal et al. | Light and General Radiation Physics | |
| RU2119150C1 (en) | Dispersing device |