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EP1549987A1 - Achromatic and absorption reducing light collecting system, particularly adapted to optical spectrometric analysis - Google Patents

Achromatic and absorption reducing light collecting system, particularly adapted to optical spectrometric analysis

Info

Publication number
EP1549987A1
EP1549987A1 EP03807876A EP03807876A EP1549987A1 EP 1549987 A1 EP1549987 A1 EP 1549987A1 EP 03807876 A EP03807876 A EP 03807876A EP 03807876 A EP03807876 A EP 03807876A EP 1549987 A1 EP1549987 A1 EP 1549987A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
mirrors
mirror
detection device
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03807876A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Charles Hubinois
Vincent Lavoine
Hervé CHOLLET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1549987A1 publication Critical patent/EP1549987A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/024—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using means for illuminating a slit efficiently (e.g. entrance slit of a spectrometer or entrance face of fiber)

Definitions

  • the present invention relates to a light collection system. It applies in particular to optical spectrometric analysis. 0 More specifically, the present invention relates, in the field of optical paths, to a combination of mirrors with different technical characteristics.
  • mirrors are combined in a particular system which constitutes an optical system for collecting light from a light source and sending it to " a light detection device, which can be used at least in the context of optical spectrometric analysis, even in 0 other optical applications.
  • FIG. 1 schematically illustrates a light collection system 2, placed between a light source 4 and a light detection device 6 which is pierced with a light entry slot 8.
  • the light path has reference 10.
  • the light collection systems used depend on: - the nature of the incident light, that is to say the wavelengths of the light rays composing this incident light, the distance separating the light source from the detection device, and the dimensions and the shape of the light source and detection device.
  • the current light transmission and collection systems are constituted either of a blade with parallel faces or of a plano-convex or biconvex focusing lens or of a set of two plano-convex focusing lenses.
  • FIG. 2 shows the path 12 of the light in the case of a light transmission system consisting of a blade with parallel faces 14.
  • the references 16, 18, 20, 22 and 23 respectively represent the light source, the device detection, the entry slit of the latter, the path of light and the light brush which enters the detection device.
  • FIG. 3 shows the light path 24 in the case of a light collection system consisting of a biconvex focusing lens 26.
  • FIG. 4 shows the light path 28 in the case of a light collection system made up of a set of two plano-convex focusing lenses 30 and 32.
  • the system of Figure 2 transmits light without focusing it, that is to say without amplifying the light flux.
  • the systems of FIGS. 3 and 4 collect the maximum light from the source 16 before focusing, that is to say concentrating, this light on the input slit 20 of the detection device 18 by amplifying the light flux.
  • the system which implements a set of lenses In the case where the light collection system is further from the detection device than the light source, the system which implements a set of lenses
  • FIG. 4 makes it possible to transmit light in a substantially parallel beam between the two lenses 30 and 32 and therefore to minimize the risks of poor focusing on the entry slit 20.
  • blade with parallel faces or lenses more or less absorb light radiation, depending on the wavelength of the latter. This absorption is sometimes negligible, in particular in the case of visible light passing through, for example, a magnesium fluoride lens. This absorption is often greater for radiation located in the far ultraviolet (corresponding to wavelengths less than 200nm).
  • 40, 42, 44, 46, and 48 respectively represent the polychromatic incident light, the focal point of the light with the shortest wavelength, the focal point of the light with the longest wavelength, the detection device, the entry slit of this light device detection, the image spot for the lowest wavelength and the image spot for the highest wavelength.
  • Figure 5 shows the partial closure thus existing at the entrance slot. This problem of different focal point depending on the wavelength is all the more important as the range of wavelengths observed is wide and induces a difference in sensitivity of the detection device as a function of the wavelengths.
  • the light flux is not the same for each of the wavelengths at a given position on the optical axis. It can be maximum if the entry slit is placed on the focal point of one of the two wavelengths, but it is necessarily lower for the second wavelength.
  • the known light collection systems comprising focusing lenses, partially meet the needs for amplification of the light fluxes, they do not make it possible to maximize this amplification simultaneously for all the wavelengths of a light polychromatic. This is due, on the one hand, to the absorption, sometimes significant, of the light induced by the material constituting the lens and, on the other hand, to the longitudinal chromatic aberrations (differences between the positions, on the optical axis, of the luminous flux maxima).
  • Its object is an optical system which is capable of solving both the problems of light absorption and the problems of chromatic aberration while meeting the needs for amplification of light fluxes (of all kinds and wavelengths) between one or more light sources and one or more detection devices.
  • the subject of the present invention is a light collection system, this system being intended to collect the light emitted by at least one light source and to focus the collected light on at least one light detection device, this system being characterized in that it comprises at least two mirrors, namely first and second mirrors, the first mirror being able to collect the light emitted by the light source and to focus the collected light on the second mirror, this second mirror being able to focus the light it receives from the first mirror on the light detection device, this system being an amplifier, achromatic and of reduced absorption, particularly in the ultraviolet, and in that the system is provided
  • the light detection device may or may not have an entry slit.
  • the first and second mirrors have the same axis, this same axis constituting the optical axis of the system, and the focal points respective first and second mirrors are located on this optical axis.
  • the first mirror may include a central bore which is capable of letting the light focused by the second mirror pass to the light detection device.
  • the first and second mirrors are offset with respect to each other, at least one of the first and second mirrors being off-axis.
  • Each of the first and second mirrors can be chosen from spherical mirrors, parabolic mirrors and ellipsoidal mirrors.
  • Each of the first and second mirrors can be covered with a metallic or chemical deposit.
  • the light detection device may include an entry slit and the second mirror is then provided to focus the light it receives from the first mirror on this entry slit.
  • the light detection device can be an optical spectrometric analysis device comprising an entry slit and the second mirror is then provided for focusing the light which it receives from the first mirror on this entry slit.
  • the light source can be a polychromatic source. The light emitted by this light source may contain one or more ultraviolet components.
  • This light source can be a glow discharge lamp.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system for collecting light placed between a light source and a light detection device and has already been described
  • Figure 2 schematically illustrates the path of light in the case of a known light transmission system, consisting of a blade with parallel faces , and has already been described
  • FIG. 3 diagrammatically illustrates the light path in the case of a known light transmission system, consisting of a biconvex focusing lens, and has already been described
  • FIG. 1 schematically illustrates a system for collecting light placed between a light source and a light detection device and has already been described
  • Figure 2 schematically illustrates the path of light in the case of a known light transmission system, consisting of a blade with parallel faces , and has already been described
  • FIG. 3 diagrammatically illustrates the light path in the case of a known light transmission system, consisting of a biconvex focusing lens, and has already been described
  • FIG. 4 illustrates schematically the light path in the case of a known light transmission system, consisting of a set of two focusing lenses p lan-convex, and has already been described
  • FIG. 5 schematically illustrates the partial obturation which exists at the level of the entry slit of the detection device in the case of FIGS. 3 and 4, for a polychromatic light, and has already been described
  • FIG. 6 is a schematic view of a first particular embodiment of the optical system which is the subject of the invention, using two mirrors placed on the optical axis, in the case of a light source which is large relative to the size of these mirrors, FIG.
  • FIG. 7 is a schematic view of a second particular embodiment of the optical system object of the invention, using two mirrors placed on the optical axis, in the case of a light source which is small compared to the size of these mirrors
  • Figure 8 is a schematic view of a third particular embodiment of the optical system object of the invention, using two mirrors of which at least one is off axis ("off axis")
  • Figure 9 illustrates schématiqueme nt the light transmission in an installation comprising a source of glow discharge light, a system for collecting 'mirrors to light according to the invention and a light detection device consisting of an optical emission spectrometer, and
  • FIG. 10 is a schematic view of another system according to the invention, using more than two mirrors.
  • first mirror two mirrors are preferably used, respectively called “first mirror” and “second mirror”.
  • the shapes and characteristics of these two mirrors are predefined and one can form, or not, on these mirrors, a metallic or chemical deposit.
  • This metallic or chemical deposit is intended to protect the mirror on which it is formed against possible mechanical or chemical attack and to minimize the absorption of light radiation.
  • the first mirror is provided to collect the maximum light from the light source, after which the optical system is placed, and to ensure the focusing, on the second mirror, of the light thus collected.
  • This second mirror then focuses the light it receives on the light detection device which follows the optical system.
  • This device generally comprises an entry slit and the second mirror then makes it possible to focus the light which it receives on this slit.
  • this device is an optical emission spectrometer which actually includes such a slot.
  • the size of the mirrors is dependent on the power and size of the light source, the distance between the latter and the mirrors and the distance between the 'latter and the detection device' or, more precisely, the slot of this device.
  • the first and second mirrors are focusing, which makes it possible to amplify the light fluxes.
  • first and second mirrors instead of lenses, solves the light absorption problems mentioned above.
  • the first mirror a spherical, parabolic or ellipsoidal mirror is preferably used. It is the same for the second mirror.
  • the first mirror can be pierced with a hole to allow the passage of the light from the 'second mirror to the light detection device (case of the examples of figures 6, 7 and 10).
  • the optical system 50 which is schematically represented in FIG. 6, is placed between a light source 52 and a light detection device 54 whose entry slot has the reference 56.
  • the first mirror 58 of the system 50 is concave while the second mirror 60 of this system is convex.
  • the light 62 emitted by the source 52 is captured by the mirror 58 and focused by the latter towards the mirror 60 which in turn focuses it on the slot 56.
  • the size of the light source 52 is comparable to that of the mirrors 58 and 60. However, it could be larger.
  • the optical axis of the system 50 has the reference XI. It can be seen that the mirror 58 is much larger than the mirror 60, is located between the latter and the device 54 and has a hole 64 allowing the passage of the light that the mirror 60 focuses on the slot 56.
  • the mirrors 58 and 60 are of the spherical type, for example, have the same axis which coincides with the axis XI and their respective foci Fl and F2 are on this axis XI.
  • the focal distances of the mirrors 58 and 60 are respectively denoted dl and d2, with dl greater than d2.
  • the foci Fl and F2 are distinct in the example of FIG. 6 but could be confused in other examples.
  • the optical system 66 which is schematically represented in FIG. 7, is placed between a light source 68 and a light detection device 70 whose entry slot has the reference 72.
  • the first mirror 74 of the system 66 is concave while the second mirror 76 of this system is convex.
  • the light 78 emitted by the source 68 is picked up by the mirror 74 and focused by the latter towards the mirror 76 which focuses it at its turn on slot 72.
  • the size of the light source 68 is small compared to the size of the mirrors 74 and 76. It can be, for example, 16 times smaller.
  • the optical axis of the system 66 has the reference X2. It can be seen that the mirror 74 is much larger than the mirror 76, is located between the latter and the device 70 and has a hole 80 allowing the passage of the light that the mirror 76 focuses on the slot 72.
  • the mirrors 74 and 76 are of the spherical type, for example, have the same axis which coincides with the axis X2 and their respective focal points F3 and F4 are on this axis X2.
  • the focal distances of the mirrors 74 and 76 are respectively denoted d3 and d4, with d3 greater than d.
  • the foci F3 and F4 are distinct in the example of FIG. 7 but could be confused in other examples.
  • the optical system 80 according to the invention which is schematically represented in FIG. 8, is placed between a light source 82 and a light detection device 84 whose entry slot has the reference 86.
  • the first mirror 88 of the system 80 is concave while the second mirror 90 of this system is convex.
  • the light 92 emitted by the source 82 is captured by the mirror 88 and focused by the latter towards the mirror 90 which in turn focuses it on the slit 86.
  • the two mirrors 88 and 90 are offset relative to each other and off-axis ("off axis") relative to the optical axis.
  • the mirrors 74 and 76 are of the spherical type for example and their respective focal points are merged at the same point F.
  • the focal distances of the mirrors 74 and 76 are respectively denoted d5 and d ⁇ , with d5 greater than d6.
  • any polychromatic light emitted by any of the sources 52, 68 and 82 is focused on the entry slit of the corresponding light detection device.
  • This type of light source emits polychromatic light, the rays of which, after entering the detection system, are dispersed as a function of their wavelengths.
  • FIG. 9 where we see a glow discharge lamp 94, an optical emission spectrometer 96, which is dipersive in wavelength, and a system 98 for collecting light with mirrors, in accordance with l 'invention.
  • the path followed by the light in the set 94-96-98 of FIG. 9 has the reference 100.
  • the use of mirrors makes it possible to amplify the luminous fluxes and to solve in particular the problems of absorption and chromatic aberration mentioned previously.
  • the assembly 94-96-98 of FIG. 9 can be used for the lights of respective wavelengths 121.567nm, 130.217nm, 149.262nm and 15 ⁇ , 144nm, respectively emitted by the elements hydrogen, oxygen, nitrogen and carbon during of their radiative de-excitation within the glow discharge cell.
  • the optical system 98 can process, in addition to the light coming from the source 94, the light which comes from another light source 102 and to which the same path 100 is imposed by means of a semi-transparent mirror 104 adapted to the lights considered.
  • the light or lights from the optical system 98 can be treated by a spectrometer 106, in addition to the spectrometer 96.
  • a suitable semi-transparent mirror 108 is then provided to send the light or lights coming from the system 98 to the slot 110 of the spectrometer 106.
  • the system which is the subject of the invention is capable of allowing considerable gains in terms of light flux transmitted and collected and in terms of spectral domains observable simultaneously.
  • This system is not limited to a number of mirrors equal to two (see the description of FIG. 10). In addition, it is not limited to the use of spherical, parabolic or ellipsoidal mirrors.
  • FIG. 10 is an alternative embodiment of FIG. 6, in which one uses, in addition to the mirrors 58 and 60, another mirror 112 making it possible to reflect the light coming from the system 50 towards the slot 56 of the device 54.
  • Such an arrangement is for example usable when this device cannot be placed in alignment with the source 52.
  • a polychromatic light source in particular a polychromatic light source whose spectrum contains one or more ultraviolet components. This possibility has already been considered above, in particular in the case where the source is a lamp, or cell, with luminescent discharge.
  • an enclosure which is opaque to any light, in particular to ultraviolet radiation, and in which the source, the detection device and the mirrors are placed. Means are also provided for creating a vacuum in this enclosure or to fill it with a gas which is transparent to ultraviolet radiation.
  • FIG. 6 This is • schematically illustrated in FIG. 6 where we see an enclosure 114 which is tight and opaque to any light and in which the source 52, the mirrors 58 and 60 and the device 54 are located.
  • This enclosure is for example in a metal such as stainless steel.
  • Pumping means 116 are provided to create a vacuum in this enclosure, so as to eliminate any gas, such as water vapor or dioxygen, capable of absorbing ultraviolet radiation.
  • the enclosure 114 and the pumping means 116 are also schematically represented in FIGS. 9 and 10.
  • these pumping means are replaced by means for filling the enclosure 114 with a gas which is transparent to ultraviolet radiation and contains, for example, neither water nor oxygen.
  • the gas used is, for example, pure dinitrogen or a rare gas such as argon.
  • These means for filling the enclosure 114 with gas comprise means 118 for injecting this gas into the enclosure.
  • a hole 119, distant from the place of arrival of the gas in the enclosure, is provided in the wall thereof to allow the gas to escape therefrom (after which this gas can be pumped by means not shown). ).
  • a gas circulation is thus established in the enclosure.
  • the enclosure is rigid. However, one can also use a “flexible” enclosure.
  • FIG. 8 This is schematically illustrated by FIG. 8 where the enclosure is in several parts: a main enclosure 120 is used, which contains the mirrors, and an auxiliary enclosure 122 which contains the source 82 and which is tightly connected to the enclosure 120 by a metal bellows 124.
  • the detection device 84 is itself in a sealed enclosure 126 and the latter is connected in sealed manner to the enclosure 120 by another metallic bellows 128.
  • the device, the mirrors and the source are thus in a “flexible” enclosure thanks to the bellows. This allows in particular to move the mirrors to refine the focus settings.
  • such a "flexible" enclosure can also be used in the examples of FIGS. 6, 7, 9 and 10.
  • a rigid enclosure is used, for example in the form of a tube, containing the source and the mirrors, and this enclosure is connected in a sealed manner, by a rigid or flexible conduit (bellows) , to another • sealed enclosure, containing the detection device.

Landscapes

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Abstract

The invention concerns a achromatic and absorption reducing light collecting system, particularly adapted to optical spectrometric analysis. Said system collects light emitted by at least one light source (52) and focuses same on at least one light detecting device (54). It comprises preferably a first mirror (58) which collects light emitted by the source and focuses same on a second mirror (60) which in turn focuses it on the device. The system is equipped with a chamber which is opaque to any type of light, in particular to ultraviolet rays, and wherein are placed the light source, the light detecting device and the mirrors, and means for creating a vacuum in said chamber or for filling it with a gas which is transparent to ultraviolet rays.

Description

SYSTEME DE COLLECTE DE LUMIERE , ACHROMATIQUE ET D ' ABSORPTION REDUITE , PARTICULIEREMENT ADAPTE A L ' ANALYSE SPECTROMETRIQUE OPTIQUELIGHT COLLECTION, ACHROMATIC AND REDUCED ABSORPTION SYSTEM, PARTICULARLY SUITABLE FOR OPTICAL SPECTROMETRIC ANALYSIS
5 DESCRIPTION5 DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne un système de collecte de lumière. Elle s'applique notamment à l'analyse spectrométrique optique. 0 Plus précisément, la présente invention est relative, dans le domaine des chemins optiques, à une combinaison de miroirs de caractéristiques techniques différentes.The present invention relates to a light collection system. It applies in particular to optical spectrometric analysis. 0 More specifically, the present invention relates, in the field of optical paths, to a combination of mirrors with different technical characteristics.
Ces miroirs sont associés dans un système 5 particulier qui constitue un système optique pour collecter la lumière en provenance d'une source lumineuse et l'envoyer vers "un dispositif de détection de lumière, que l'on peut utiliser au moins dans le cadre de l'analyse spectrométrique optique, voire dans 0 d'autres applications optiques.These mirrors are combined in a particular system which constitutes an optical system for collecting light from a light source and sending it to " a light detection device, which can be used at least in the context of optical spectrometric analysis, even in 0 other optical applications.
La figure 1 illustre schématiquement un système de collecte de la lumière 2, placé entre une source lumineuse 4 et un dispositif de détection de lumière 6 qui est percé d'une fente d'entrée de la 5 lumière 8. Le trajet de la lumière a la référence 10.FIG. 1 schematically illustrates a light collection system 2, placed between a light source 4 and a light detection device 6 which is pierced with a light entry slot 8. The light path has reference 10.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Actuellement, les systèmes de collecte de lumière utilisés dépendent : - de la nature de la lumière incidente, c'est-à-dire des longueurs d'onde des rayonnements lumineux composant cette lumière incidente, de la distance séparant la source lumineuse du dispositif de détection, et des dimensions et de la forme de la source lumineuse et du dispositif de détection.Currently, the light collection systems used depend on: - the nature of the incident light, that is to say the wavelengths of the light rays composing this incident light, the distance separating the light source from the detection device, and the dimensions and the shape of the light source and detection device.
Il existe divers systèmes optiques adaptés à une source lumineuse polychromatique dont la taille va de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres et qui est située à une distance allant de quelques millimètres jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres du dispositif de détection.There are various optical systems adapted to a polychromatic light source whose size ranges from a few millimeters to a few tens of millimeters and which is located at a distance ranging from a few millimeters to several tens of centimeters from the detection device.
Par exemple, pour un dispositif de détection où la lumière ne peut pénétrer que par une petite fente appelée "fente d'entrée", ayant quelques millimètres de long sur quelques micromètres de large, les systèmes actuels de transmission et de collecte de lumière sont constitués soit d'une lame à faces parallèles soit d'une lentille de focalisation plan- convexe ou biconvexe soit d'un ensemble de deux lentilles de focalisation plan-convexes.For example, for a detection device where light can only penetrate through a small slit called "entry slit", having a few millimeters long by a few micrometers wide, the current light transmission and collection systems are constituted either of a blade with parallel faces or of a plano-convex or biconvex focusing lens or of a set of two plano-convex focusing lenses.
La figure 2 montre le trajet 12 de la lumière dans le cas d'un système de transmission de lumière constitué d'une lame à faces parallèles 14. Les références 16, 18, 20, 22 et 23 représentent respectivement la source lumineuse, le dispositif de détection, la fente d'entrée de ce dernier, le trajet de la lumière et le pinceau lumineux qui pénètre dans le dispositif de détection. La figure 3 montre le trajet 24 de la lumière dans le cas d'un système de collecte de lumière constitué d'une lentille de focalisation biconvexe 26.FIG. 2 shows the path 12 of the light in the case of a light transmission system consisting of a blade with parallel faces 14. The references 16, 18, 20, 22 and 23 respectively represent the light source, the device detection, the entry slit of the latter, the path of light and the light brush which enters the detection device. FIG. 3 shows the light path 24 in the case of a light collection system consisting of a biconvex focusing lens 26.
La figure 4 montre le trajet 28 de la lumière dans le cas d'un système de collecte de lumière constitué d'un ensemble de deux lentilles de focalisation plan-convexes 30 et 32.FIG. 4 shows the light path 28 in the case of a light collection system made up of a set of two plano-convex focusing lenses 30 and 32.
Le système de la figure 2 transmet la lumière sans la focaliser, c'est-à-dire sans amplifier le flux lumineux. Les systèmes des figures 3 et 4 collectent le maximum de lumière de la source 16 avant de focaliser, c'est-à-dire de concentrer, cette lumière sur la fente d'entrée 20 du dispositif de détection 18 en amplifiant le flux lumineux. Dans le cas où le système de collecte de lumière est plus éloigné du dispositif de détection que la source lumineuse, le système qui met en œuvre un ensemble de lentillesThe system of Figure 2 transmits light without focusing it, that is to say without amplifying the light flux. The systems of FIGS. 3 and 4 collect the maximum light from the source 16 before focusing, that is to say concentrating, this light on the input slit 20 of the detection device 18 by amplifying the light flux. In the case where the light collection system is further from the detection device than the light source, the system which implements a set of lenses
(figure 4) permet de transmettre la lumière selon un faisceau sensiblement parallèle entre les deux lentilles 30 et 32 et donc de minimiser les risques de mauvaise focalisation sur la fente d'entrée 20.(FIG. 4) makes it possible to transmit light in a substantially parallel beam between the two lenses 30 and 32 and therefore to minimize the risks of poor focusing on the entry slit 20.
Bien que les systèmes de collecte de lumière des figures 3 et 4 amplifient les flux lumineux, ces systèmes présentent les inconvénients suivants :Although the light collection systems of FIGS. 3 and 4 amplify the light fluxes, these systems have the following drawbacks:
1) Ils ne permettent pas une transmission optimale de la lumière. En effet, les éléments optiques1) They do not allow optimal light transmission. Indeed, the optical elements
(lame à faces parallèles ou lentilles) absorbent plus ou moins les rayonnements lumineux, selon la longueur d'onde de ces derniers. Cette absorption est parfois négligeable, en particulier dans le cas de la lumière visible traversant par exemple une lentille en fluorure de magnésium. Cette absorption est souvent plus importante pour les rayonnements situés dans l'ultraviolet lointain (correspondant à des longueurs d'ondes inférieures à 200nm) .(blade with parallel faces or lenses) more or less absorb light radiation, depending on the wavelength of the latter. This absorption is sometimes negligible, in particular in the case of visible light passing through, for example, a magnesium fluoride lens. This absorption is often greater for radiation located in the far ultraviolet (corresponding to wavelengths less than 200nm).
A titre d'exemple, dans le cas d'un rayonnement de 120nm de longueur d'onde, environ 80% du flux lumineux incident est absorbé par une lentille en fluorure de magnésium de 1,4mm d'épaisseur. De même, l'absorption peut être importante au-delà de 800nιrι (domaine infrarouge) .For example, in the case of radiation of 120nm wavelength, about 80% of the incident light flux is absorbed by a magnesium fluoride lens 1.4mm thick. Likewise, the absorption can be significant beyond 800 nm (infrared range).
2) Ils ne permettent pas de focaliser en un même point tous les rayonnements de longueurs d'ondes différentes qui composent une lumière polychromatique du fait de la présence d'aberrations chromatiques, en particulier longitudinales. La conséquence de ces aberrations chromatiques est la dispersion des points de focalisation le long de l'axe optique, en fonction de la longueur d'onde des rayonnements.2) They do not make it possible to focus at the same point all the radiations of different wavelengths which compose a polychromatic light due to the presence of chromatic aberrations, in particular longitudinal. The consequence of these chromatic aberrations is the dispersion of the focal points along the optical axis, as a function of the wavelength of the radiations.
Ce phénomène est dû aux variations de l'indice de réfraction du matériau constituant le système de collecte de lumière en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente. La formation d'aberrations chromatiques longitudinales pour une lumière polychromatique traversant une lentille 34 en fluorure de magnésium est montrée à titre d'exemple sur la figure 5. Sur cette figure 5, les références 36, 38,This phenomenon is due to variations in the refractive index of the material constituting the light collection system as a function of the wavelength of the incident light. The formation of longitudinal chromatic aberrations for a polychromatic light passing through a lens 34 made of magnesium fluoride is shown by way of example in FIG. 5. In this FIG. 5, the references 36, 38,
40, 42, 44, 46, et 48 représentent respectivement la lumière incidente polychromatique, le point focal de la lumière ayant la longueur d'onde la plus faible, le point focal de la lumière ayant la longueur d'onde la plus élevée, le dispositif de détection, la fente d'entrée de ce dispositif de détection, la tache image pour la longueur d'onde la plus faible et la tache image pour la longueur d'onde la plus élevée.40, 42, 44, 46, and 48 respectively represent the polychromatic incident light, the focal point of the light with the shortest wavelength, the focal point of the light with the longest wavelength, the detection device, the entry slit of this light device detection, the image spot for the lowest wavelength and the image spot for the highest wavelength.
La figure 5 montre l'obturation partielle existant de ce fait au niveau de la fente d'entrée. Ce problème de point de focalisation différent selon la longueur d'onde est d'autant plus important que la gamme de longueurs d'ondes observée est large et induit une différence de sensibilité du dispositif de détection en fonction des longueurs d'ondes.Figure 5 shows the partial closure thus existing at the entrance slot. This problem of different focal point depending on the wavelength is all the more important as the range of wavelengths observed is wide and induces a difference in sensitivity of the detection device as a function of the wavelengths.
En effet, à titre d'exemple, pour deux rayonnements lumineux de longueurs d'onde différentes, le flux lumineux n'est pas le même pour chacune des longueurs d'ondes à une position donnée sur l'axe optique. Il peut être maximal si la fente d'entrée est placée sur le point de focalisation de l'une des deux longueurs d'onde, mais il est obligatoirement plus faible pour la deuxième longueur d'onde.Indeed, by way of example, for two light radiations of different wavelengths, the light flux is not the same for each of the wavelengths at a given position on the optical axis. It can be maximum if the entry slit is placed on the focal point of one of the two wavelengths, but it is necessarily lower for the second wavelength.
En résumé, si les systèmes connus de collecte de lumière, comportant des lentilles de focalisation, répondent en partie aux besoins d'amplification des flux lumineux, ils ne permettent pas de maximiser cette amplification simultanément pour toutes les longueurs d'ondes d'une lumière polychromatique. Ceci est dû, d'une part, à l'absorption, parfois importante, de la lumière induite par le matériau constituant la lentille et, d'autre part, aux aberrations chromatiques longitudinales (différences entre les positions, sur l'axe optique, des maxima des flux lumineux) .In summary, if the known light collection systems, comprising focusing lenses, partially meet the needs for amplification of the light fluxes, they do not make it possible to maximize this amplification simultaneously for all the wavelengths of a light polychromatic. This is due, on the one hand, to the absorption, sometimes significant, of the light induced by the material constituting the lens and, on the other hand, to the longitudinal chromatic aberrations (differences between the positions, on the optical axis, of the luminous flux maxima).
En outre, on peut avoir à étudier une ou des sources lumineuses polychromatiques, en particulier une ou des source s dont le spectre contient une ou plusieurs composantes ultraviolettes. On est alors amené à détecter la lumière émise par de telles sources, après avoir collecté cette lumière et focalisé celle-ci sur un système de détection.In addition, one may have to study one or more polychromatic light sources, in particular one or more sources whose spectrum contains one or more ultraviolet components. We are then led to detect the light emitted by such sources, after having collected this light and focused it on a detection system.
Or, pour les systèmes connus de collecte de lumière, rien n'est prévu pour minimiser l'absorption des rayonnements ultraviolets sur leur trajet depuis la ou les sources lumineuses jusqu'au dispositif de détection, tout en amplifiant le flux lumineux en un point, de façon achromatique, et en empêchant le dispositif de détection de recevoir des rayonnements ultraviolets provenant d' autres sources que la ou les sources étudiées.However, for known light collection systems, nothing is provided to minimize the absorption of ultraviolet radiation on their path from the light source or sources to the detection device, while amplifying the light flux at a point, achromatically, and by preventing the detection device from receiving ultraviolet radiation from sources other than the studied source (s).
EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux précédents inconvénients .DESCRIPTION OF THE INVENTION The aim of the present invention is to remedy the preceding drawbacks.
Elle a pour objet un système optique qui est susceptible de résoudre à la fois les problèmes d'absorption de la lumière et les problèmes d'aberration chromatique tout en répondant aux besoins d'amplification des flux lumineux (de toutes natures et longueurs d'ondes) entre une ou des sources lumineuses et un ou des dispositifs de détection.Its object is an optical system which is capable of solving both the problems of light absorption and the problems of chromatic aberration while meeting the needs for amplification of light fluxes (of all kinds and wavelengths) between one or more light sources and one or more detection devices.
De façon précise, la présente invention a pour objet un système de collecte de lumière, ce système étant destiné à collecter la lumière émise par au moins une source lumineuse et à focaliser la lumière collectée sur au moins un dispositif de détection de lumière, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux miroirs, à savoir des premier et deuxième miroirs, le premier miroir étant apte à collecter la lumière émise par la source lumineuse et à focaliser la lumière collectée sur le deuxième miroir, ce deuxième miroir étant apte à focaliser la lumière qu'il reçoit du premier miroir sur le dispositif de détection de lumière, ce système étant amplificateur, achromatique et d'absorption réduite, particulièrement dans l'ultraviolet, et en ce que le système est muniSpecifically, the subject of the present invention is a light collection system, this system being intended to collect the light emitted by at least one light source and to focus the collected light on at least one light detection device, this system being characterized in that it comprises at least two mirrors, namely first and second mirrors, the first mirror being able to collect the light emitted by the light source and to focus the collected light on the second mirror, this second mirror being able to focus the light it receives from the first mirror on the light detection device, this system being an amplifier, achromatic and of reduced absorption, particularly in the ultraviolet, and in that the system is provided
- d' ne enceinte qui est opaque à toute lumière, en particulier aux rayonnements ultraviolets, et dans laquelle sont placés la source lumineuse, le dispositif de détection de lumière et les miroirs, et- an enclosure which is opaque to all light, in particular to ultraviolet radiation, and in which the light source, the light detection device and the mirrors are placed, and
- de moyens pour faire le vide dans cette enceinte ou la remplir d'un gaz qui est transparent aux rayonnements ultraviolets. Le dispositif de détection de lumière peut comporter une fente d'entrée ou ne pas en comporter.- Means for creating a vacuum in this enclosure or filling it with a gas which is transparent to ultraviolet radiation. The light detection device may or may not have an entry slit.
Selon un premier mode de réalisation particulier du système objet de l'invention, les premier et deuxième miroirs ont le même axe, ce même axe constituant l'axe optique du système, et les foyers respectifs des premier et deuxième miroirs sont situés sur cet axe optique.According to a first particular embodiment of the system which is the subject of the invention, the first and second mirrors have the same axis, this same axis constituting the optical axis of the system, and the focal points respective first and second mirrors are located on this optical axis.
Ces foyers respectifs des premier et deuxième miroirs peuvent être confondus ou, au contraire, distincts.These respective foci of the first and second mirrors can be confused or, on the contrary, distinct.
Dans le cas de ce premier mode de réalisation particulier, le premier miroir peut comporter un perçage central qui est apte à laisser passer la lumière focalisée par le deuxième miroir vers le dispositif de détection de lumière.In the case of this first particular embodiment, the first mirror may include a central bore which is capable of letting the light focused by the second mirror pass to the light detection device.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les premier et deuxième miroirs sont décalés l'un par rapport à l'autre, au moins l'un des premier et deuxième miroirs étant hors d'axe ("off axis") .According to a second particular embodiment, the first and second mirrors are offset with respect to each other, at least one of the first and second mirrors being off-axis.
Chacun des premier et deuxième miroirs peut être choisi parmi les miroirs sphériques, les miroirs paraboliques et les miroirs ellipsoïdaux.Each of the first and second mirrors can be chosen from spherical mirrors, parabolic mirrors and ellipsoidal mirrors.
Chacun des premier et deuxième miroirs peut être recouvert d'un dépôt métallique ou chimique.Each of the first and second mirrors can be covered with a metallic or chemical deposit.
Le dispositif de détection de lumière peut comprendre une fente d'entrée et le deuxième miroir est alors prévu pour focaliser la lumière qu'il reçoit du premier miroir sur cette fente d'entrée. Le dispositif de détection de lumière peut être un dispositif d'analyse spectrométrique optique comprenant une fente d' entrée et le deuxième miroir est alors prévu pour focaliser la lumière qu' il reçoit du premier miroir sur cette fente d'entrée. La source lumineuse peut être une source polychromatique . La lumière émise par cette source lumineuse peut contenir une ou plusieurs composantes ultraviolettes .The light detection device may include an entry slit and the second mirror is then provided to focus the light it receives from the first mirror on this entry slit. The light detection device can be an optical spectrometric analysis device comprising an entry slit and the second mirror is then provided for focusing the light which it receives from the first mirror on this entry slit. The light source can be a polychromatic source. The light emitted by this light source may contain one or more ultraviolet components.
Cette source lumineuse peut être une lampe à décharge luminescente.This light source can be a glow discharge lamp.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d' exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un système de collecte de lumière placé entre une source lumineuse et un dispositif de détection de lumière et a déjà été décrite, la figure 2 illustre schématiquement le trajet de la lumière dans le cas d'un système de transmission de lumière connu, constitué d'une lame à faces parallèles, et a déjà été décrite, la figure 3 illustre schématiquement le trajet de la lumière dans le cas d'un système de transmission de lumière connu, constitué d'une lentille de focalisation biconvexe, et a déjà été décrite, - la figure 4 illustre schématiquement le trajet de la lumière dans le cas d'un système de transmission de lumière connu, constitué d'un ensemble de deux lentilles de focalisation plan-convexes, et a déjà été décrite, la figure 5 illustre schématiquement l'obturation partielle qui existe au niveau de la fente d'entrée du dispositif de détection dans le cas des figures 3 et 4, pour une lumière polychromatique, et a déjà été décrite, la figure 6 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation particulier du système optique objet de l'invention, utilisant deux miroirs placés sur l'axe optique, dans le cas d'une source lumineuse qui est grande par rapport à la taille de ces miroirs, la figure 7 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation particulier du système optique objet de l'invention, utilisant deux miroirs placés sur l'axe optique, dans le cas d'une source lumineuse qui est petite par rapport à la taille de ces miroirs, la figure 8 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation particulier du système optique objet de l'invention, utilisant deux miroirs dont l'un au moins est hors d'axe (« off axis ») , la figure 9 illustre schématiquement la transmission de la lumière dans une installation comprenant une source de lumière à décharge luminescente, un système de collecte de' lumière à miroirs conforme à l'invention et un dispositif de détection de lumière constitué par un spectromètre d'émission optique, etThe present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 schematically illustrates a system for collecting light placed between a light source and a light detection device and has already been described, Figure 2 schematically illustrates the path of light in the case of a known light transmission system, consisting of a blade with parallel faces , and has already been described, FIG. 3 diagrammatically illustrates the light path in the case of a known light transmission system, consisting of a biconvex focusing lens, and has already been described, - FIG. 4 illustrates schematically the light path in the case of a known light transmission system, consisting of a set of two focusing lenses p lan-convex, and has already been described, FIG. 5 schematically illustrates the partial obturation which exists at the level of the entry slit of the detection device in the case of FIGS. 3 and 4, for a polychromatic light, and has already been described, FIG. 6 is a schematic view of a first particular embodiment of the optical system which is the subject of the invention, using two mirrors placed on the optical axis, in the case of a light source which is large relative to the size of these mirrors, FIG. 7 is a schematic view of a second particular embodiment of the optical system object of the invention, using two mirrors placed on the optical axis, in the case of a light source which is small compared to the size of these mirrors , Figure 8 is a schematic view of a third particular embodiment of the optical system object of the invention, using two mirrors of which at least one is off axis ("off axis"), Figure 9 illustrates schématiqueme nt the light transmission in an installation comprising a source of glow discharge light, a system for collecting 'mirrors to light according to the invention and a light detection device consisting of an optical emission spectrometer, and
- la figure 10 est une vue schématique d'un autre système conforme à l'invention, utilisant plus de deux miroirs. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS- Figure 10 is a schematic view of another system according to the invention, using more than two mirrors. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Dans un système optique conforme à l'invention, on utilise de préférence deux miroirs, respectivement appelés « premier miroir » et « deuxième miroir ». Les formes et caractéristiques de ces deux miroirs sont prédéfinies et l'on peut former, ou non, sur ces miroirs, un dépôt' métallique ou chimique.In an optical system according to the invention, two mirrors are preferably used, respectively called "first mirror" and "second mirror". The shapes and characteristics of these two mirrors are predefined and one can form, or not, on these mirrors, a metallic or chemical deposit.
Ce dépôt métallique ou chimique est destiné à protéger le miroir sur lequel il est formé contre d'éventuelles agressions mécaniques ou chimiques et à minimiser l'absorption des rayonnements lumineux.This metallic or chemical deposit is intended to protect the mirror on which it is formed against possible mechanical or chemical attack and to minimize the absorption of light radiation.
Le premier miroir est prévu pour collecter le maximum de lumière de la source lumineuse, à la suite de laquelle est placé le système optique, et pour assurer la focalisation, sur le deuxième miroir, de la lumière ainsi collectée. Ce deuxième miroir focalise alors la lumière qu'il reçoit sur le dispositif de détection de lumière qui suit le système optique. Ce dispositif comprend généralement une fente d' entrée et le deuxième miroir permet alors de focaliser la lumière qu'il reçoit sur cette fente. Dans une application préférée de l'invention, ce dispositif est un spectromètre d'émission optique qui comporte effectivement une telle fente.The first mirror is provided to collect the maximum light from the light source, after which the optical system is placed, and to ensure the focusing, on the second mirror, of the light thus collected. This second mirror then focuses the light it receives on the light detection device which follows the optical system. This device generally comprises an entry slit and the second mirror then makes it possible to focus the light which it receives on this slit. In a preferred application of the invention, this device is an optical emission spectrometer which actually includes such a slot.
La taille des miroirs est fonction de la puissance et de la taille de la source lumineuse, de la distance entre cette dernière et les miroirs et de la distance entre ces ' derniers et le dispositif de détection ' ou, plus précisément, la fente de ce dispositif. Les premier et deuxième miroirs sont focalisants, ce qui permet d'amplifier les flux lumineux.The size of the mirrors is dependent on the power and size of the light source, the distance between the latter and the mirrors and the distance between the 'latter and the detection device' or, more precisely, the slot of this device. The first and second mirrors are focusing, which makes it possible to amplify the light fluxes.
De plus, l'utilisation des premier et deuxième miroirs, au lieu de lentilles, résout les problèmes d'absorption de lumière mentionnés plus haut.In addition, the use of the first and second mirrors, instead of lenses, solves the light absorption problems mentioned above.
Les problèmes d'aberration chromatique sont, quant à eux, résolus grâce à l'utilisation de miroirs, qui sont, par nature, dépourvus d'effets chromatiques.Chromatic aberration problems are solved by the use of mirrors, which are, by their nature, devoid of chromatic effects.
En tant que premier miroir, on utilise de préférence un miroir sphérique, parabolique ou ellipsoïdal. Il en est de même pour le deuxième miroir. Lorsque les deux miroirs ont le même axe et que leurs foyers, ou points de focalisation, respectifs sont placés sur ce même axe, constituant l'axe optique du système, le premier miroir peut être percé d'un trou pour permettre le passage de la lumière provenant du' deuxième miroir vers le dispositif de détection de lumière (cas des exemples des figures 6, 7 et 10) .As the first mirror, a spherical, parabolic or ellipsoidal mirror is preferably used. It is the same for the second mirror. When the two mirrors have the same axis and their respective focal points or focal points are placed on this same axis, constituting the optical axis of the system, the first mirror can be pierced with a hole to allow the passage of the light from the 'second mirror to the light detection device (case of the examples of figures 6, 7 and 10).
Dans le cas où les deux miroirs sont décalés l'un par rapport à l'autre, pour constituer un montage hors d'axe (« off axis ») , il n'est pas nécessaire que le premier miroir soit percé (cas de l'exemple de la figure 8).In the case where the two mirrors are offset relative to each other, to constitute an off-axis mounting, it is not necessary for the first mirror to be drilled (case of the example of figure 8).
Revenons sur les exemples des figures 6 à 8.Let's go back to the examples in Figures 6 to 8.
Le système optique 50 conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 6, est placé entre une source lumineuse 52 et un dispositif de détection de lumière 54 dont la fente d'entrée a la référence 56.The optical system 50 according to the invention, which is schematically represented in FIG. 6, is placed between a light source 52 and a light detection device 54 whose entry slot has the reference 56.
Le premier miroir 58 du système 50 est concave tandis que le deuxième miroir 60 de ce système est convexe. La lumière 62 émise par la source 52 est captée par le miroir 58 et focalisée par ce dernier vers le miroir 60 qui la focalise à son tour sur la fente 56.The first mirror 58 of the system 50 is concave while the second mirror 60 of this system is convex. The light 62 emitted by the source 52 is captured by the mirror 58 and focused by the latter towards the mirror 60 which in turn focuses it on the slot 56.
Dans l'exemple de la figure 6, la taille de la source lumineuse 52 est comparable à celle des miroirs 58 et 60. Cependant, elle pourrait être plus grande .In the example of FIG. 6, the size of the light source 52 is comparable to that of the mirrors 58 and 60. However, it could be larger.
L'axe optique du système 50 a la référence XI. On voit que le miroir 58 est beaucoup plus grand que le miroir 60, se trouve entre ce dernier et le dispositif 54 et comporte un perçage 64 permettant le passage de la lumière que le miroir 60 focalise sur la fente 56.The optical axis of the system 50 has the reference XI. It can be seen that the mirror 58 is much larger than the mirror 60, is located between the latter and the device 54 and has a hole 64 allowing the passage of the light that the mirror 60 focuses on the slot 56.
De plus, les miroirs 58 et 60 sont de type par exemple sphérique, ont le même axe qui est confondu avec l'axe XI et leurs foyers respectifs Fl et F2 sont sur cet axe XI. Les distances focales des miroirs 58 et 60 sont respectivement notées dl et d2, avec dl supérieure à d2. Les foyers Fl et F2 sont distincts dans l'exemple de la figure 6 mais pourraient être confondus dans d'autres exemples.In addition, the mirrors 58 and 60 are of the spherical type, for example, have the same axis which coincides with the axis XI and their respective foci Fl and F2 are on this axis XI. The focal distances of the mirrors 58 and 60 are respectively denoted dl and d2, with dl greater than d2. The foci Fl and F2 are distinct in the example of FIG. 6 but could be confused in other examples.
Le système optique 66 conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 7, est placé entre une source lumineuse 68 et un dispositif de détection de lumière 70 dont la fente d'entrée a la référence 72. Le premier miroir 74 du système 66 est concave tandis que le deuxième miroir 76 de ce système est convexe..La lumière 78 émise par la source 68 est captée par le miroir 74 et focalisée par ce dernier vers le miroir 76 qui la focalise à son tour sur la fente 72.The optical system 66 according to the invention, which is schematically represented in FIG. 7, is placed between a light source 68 and a light detection device 70 whose entry slot has the reference 72. The first mirror 74 of the system 66 is concave while the second mirror 76 of this system is convex. The light 78 emitted by the source 68 is picked up by the mirror 74 and focused by the latter towards the mirror 76 which focuses it at its turn on slot 72.
Dans l'exemple de la figure 7, la taille de la source lumineuse 68 est petite par rapport à la taille des miroirs 74 et 76. Elle peut être, par exemple, 16 fois plus petite.In the example of FIG. 7, the size of the light source 68 is small compared to the size of the mirrors 74 and 76. It can be, for example, 16 times smaller.
L'axe optique du système 66 a la référence X2. On voit que le miroir 74 est beaucoup plus grand que le miroir 76, se trouve entre ce dernier et le dispositif 70 et comporte un perçage 80 permettant le passage de la lumière que le miroir 76 focalise sur la fente 72.The optical axis of the system 66 has the reference X2. It can be seen that the mirror 74 is much larger than the mirror 76, is located between the latter and the device 70 and has a hole 80 allowing the passage of the light that the mirror 76 focuses on the slot 72.
De plus, les miroirs 74 et 76 sont de type par exemple sphérique, ont le même axe qui est confondu avec l'axe X2 et leurs foyers respectifs F3 et F4 sont sur cet axe X2. Les distances focales des miroirs 74 et 76 sont respectivement notées d3 et d4, avec d3 supérieure à d . Les foyers F3 et F4 sont distincts dans l'exemple de la figure 7 mais pourraient être confondus dans d'autres exemples. Le système optique 80 conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 8, est placé entre une source lumineuse 82 et un dispositif de détection de lumière 84 dont la fente d'entrée a la référence 86. Le premier miroir 88 du système 80 est concave tandis que le deuxième miroir 90 de ce système est convexe. La lumière 92 émise par la source 82 est captée par le miroir 88 et focalisée par ce dernier vers le miroir 90 qui la focalise à son tour sur la fente 86. On voit que le miroir 88 est beaucoup plus grand que le miroir 90. Les deux miroirs 88 et 90 sont décalés l'un par rapport à l'autre et hors d'axe («off axis ») par rapport à l'axe optique. De plus, les miroirs 74 et 76 sont de type par exemple sphérique et leurs foyers respectifs sont confondus en un même point F. Les distances focales des miroirs 74 et 76 sont respectivement notées d5 et dβ, avec d5 supérieure à d6.In addition, the mirrors 74 and 76 are of the spherical type, for example, have the same axis which coincides with the axis X2 and their respective focal points F3 and F4 are on this axis X2. The focal distances of the mirrors 74 and 76 are respectively denoted d3 and d4, with d3 greater than d. The foci F3 and F4 are distinct in the example of FIG. 7 but could be confused in other examples. The optical system 80 according to the invention, which is schematically represented in FIG. 8, is placed between a light source 82 and a light detection device 84 whose entry slot has the reference 86. The first mirror 88 of the system 80 is concave while the second mirror 90 of this system is convex. The light 92 emitted by the source 82 is captured by the mirror 88 and focused by the latter towards the mirror 90 which in turn focuses it on the slit 86. We see that the mirror 88 is much larger than the mirror 90. The two mirrors 88 and 90 are offset relative to each other and off-axis ("off axis") relative to the optical axis. In addition, the mirrors 74 and 76 are of the spherical type for example and their respective focal points are merged at the same point F. The focal distances of the mirrors 74 and 76 are respectively denoted d5 and dβ, with d5 greater than d6.
Ainsi toute lumière polychromatique émise par l'une quelconque des sources 52, 68 et 82 est-elle focalisée sur la fente d' entrée du dispositif de détection de lumière correspondant.Thus, any polychromatic light emitted by any of the sources 52, 68 and 82 is focused on the entry slit of the corresponding light detection device.
On donne maintenant, à titre purement indicatif et nullement limitatif, un exemple d'application de l'invention : on considère le cas de la spectrométrie d'émission optique à décharge luminescente, appliquée à l'analyse spectrométrique de raies d'émission, par exemple les raies d'émission du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote, qui sont situées entre 120nm et 160nm.We now give, purely by way of indication and in no way limiting, an example of application of the invention: we consider the case of glow discharge optical emission spectrometry, applied to the spectrometric analysis of emission lines, by example the emission lines of carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen, which are located between 120nm and 160nm.
Les exemples donnés plus haut (figures 6 à 8) peuvent s'appliquer au cas où le système optique est utilisé pour optimiser la collecte de la lumière issue d'une cellule, ou lampe, à décharge luminescente (constituant la source lumineuse) en direction d'un spectrometre optique dispersif en longueurs d'ondes (constituant le système de détection) .The examples given above (Figures 6 to 8) can apply to the case where the optical system is used to optimize the collection of light from a cell, or lamp, with glow discharge (constituting the light source) in the direction a wavelength dispersive optical spectrometer (constituting the detection system).
Ce type de source lumineuse émet une lumière polychromatique dont les rayonnements, après avoir pénétré dans le système de détection, sont dispersés en fonction de leurs longueurs d'ondes.This type of light source emits polychromatic light, the rays of which, after entering the detection system, are dispersed as a function of their wavelengths.
On se reportera à la figure 9 où l'on voit une lampe à décharge luminescente 94, un spectrometre d'émission optique 96, qui est dipersif en longueur d'onde, et un système 98 de collecte de lumière à miroirs, conformément à l'invention. Le trajet suivi par la lumière dans l'ensemble 94-96-98 de la figure 9 a la référence 100.Reference is made to FIG. 9 where we see a glow discharge lamp 94, an optical emission spectrometer 96, which is dipersive in wavelength, and a system 98 for collecting light with mirrors, in accordance with l 'invention. The path followed by the light in the set 94-96-98 of FIG. 9 has the reference 100.
L'utilisation de miroirs permet d'amplifier les flux lumineux et de résoudre notamment les problèmes d'absorption et d'aberration chromatique mentionnés précédemment. L'ensemble 94-96-98 de la figure 9 peut être utilisé pour les lumières de longueurs d'onde respectives 121,567nm, 130,217nm, 149,262nm et 15β,144nm, respectivement émises par les éléments hydrogène, oxygène, azote et carbone lors de leur désexcitation radiative au sein de la cellule à décharge luminescente.The use of mirrors makes it possible to amplify the luminous fluxes and to solve in particular the problems of absorption and chromatic aberration mentioned previously. The assembly 94-96-98 of FIG. 9 can be used for the lights of respective wavelengths 121.567nm, 130.217nm, 149.262nm and 15β, 144nm, respectively emitted by the elements hydrogen, oxygen, nitrogen and carbon during of their radiative de-excitation within the glow discharge cell.
Des variantes de réalisation d'un système conforme à l'invention sont schématiquement illustrées par la figure 9 : le système optique 98 peut traiter, en plus de la lumière issue de la source 94, la lumière qui est issue d'une autre source lumineuse 102 et à laquelle on impose le même trajet 100 grâce à un miroir semi-transparent 104 adapté aux lumières considérées. En outre, on peut traiter la ou les lumières issues du système optique 98 par un spectrometre 106, en plus du spectrometre 96.Variant embodiments of a system according to the invention are schematically illustrated in FIG. 9: the optical system 98 can process, in addition to the light coming from the source 94, the light which comes from another light source 102 and to which the same path 100 is imposed by means of a semi-transparent mirror 104 adapted to the lights considered. In addition, the light or lights from the optical system 98 can be treated by a spectrometer 106, in addition to the spectrometer 96.
On prévoit alors un miroir semi-transparent approprié 108 pour envoyer la ou les lumières issues du système 98 sur la fente 110 du spectrometre 106.A suitable semi-transparent mirror 108 is then provided to send the light or lights coming from the system 98 to the slot 110 of the spectrometer 106.
L'utilisation d'un système de collecte de lumière conforme à l'invention permetThe use of a light collection system according to the invention allows
- de maximiser le flux lumineux transmis, de la source lumineuse vers le système de détection, par ce système de collecte de lumière (amplification) , de minimiser l'absorption des rayonnements lumineux par les éléments optiques, etto maximize the light flux transmitted from the light source to the detection system by this light collection system (amplification), to minimize the absorption of light radiation by the optical elements, and
- de focaliser tous les rayonnements de longueurs d'ondes différentes en un même point- to focus all the rays of different wavelengths at the same point
(achromatisme) .(achromatism).
Le système objet de l'invention est susceptible de permettre des gains considérables en termes de flux lumineux transmis et collectés et en termes de domaines spectraux observables simultanément.The system which is the subject of the invention is capable of allowing considerable gains in terms of light flux transmitted and collected and in terms of spectral domains observable simultaneously.
Il peut être utilisé avec tous les dispositifs de détection de lumière connus .It can be used with all known light detection devices.
• Il n'est pas limité à une utilisation dans le domaine ultraviolet des rayonnements lumineux. De plus, il n'est pas limité à une utilisation avec une lampe à décharge luminescente mais peut être utilisé avec toute source lumineuse.• It is not limited to use in the ultraviolet field of light radiation. In addition, it is not limited to use with a glow discharge lamp but can be used with any light source.
Ce système n'est pas limité à un nombre de miroirs égal à deux (voir la description de la figure 10) . En outre, il n'est pas limité à l'utilisation de miroirs de forme sphérique, parabolique ou ellipsoïdale.This system is not limited to a number of mirrors equal to two (see the description of FIG. 10). In addition, it is not limited to the use of spherical, parabolic or ellipsoidal mirrors.
Il n'est pas non plus limité à l'analyse spectrométrique des éléments C, H, 0 et N : il s'applique aussi à l'analyse spectrométrique de tout élément chimique.It is also not limited to the spectrometric analysis of the elements C, H, 0 and N: it also applies to the spectrometric analysis of any chemical element.
La figure 10 est une variante de réalisation de la figure 6, dans laquelle on utilise, en plus des miroirs 58 et 60, un autre miroir 112 permettant de réfléchir la lumière issue du système 50 vers la fente 56 du dispositif 54.FIG. 10 is an alternative embodiment of FIG. 6, in which one uses, in addition to the mirrors 58 and 60, another mirror 112 making it possible to reflect the light coming from the system 50 towards the slot 56 of the device 54.
Un tel agencement est par exemple utilisable lorsque ce dispositif ne peut être placé en alignement avec la source 52.Such an arrangement is for example usable when this device cannot be placed in alignment with the source 52.
Revenons sur les exemples des figures 6 à 10.Let's go back to the examples in Figures 6 to 10.
Avec les dispositifs de détection 54, 70 et 84, on peut être amené à étudier une source lumineuse polychromatique, en particulier une source lumineuse polychromatique dont le spectre contient une ou plusieurs composantes ultraviolettes. Cette possibilité a déjà été envisagée plus haut, notamment dans le cas où la source est une lampe, ou cellule, à décharge luminescente.With the detection devices 54, 70 and 84, it may be necessary to study a polychromatic light source, in particular a polychromatic light source whose spectrum contains one or more ultraviolet components. This possibility has already been considered above, in particular in the case where the source is a lamp, or cell, with luminescent discharge.
Pour que les mesures ne soient pas perturbées, on prévoit, conformément à l'invention, une enceinte qui est opaque à toute lumière, notamment aux rayonnements ultraviolets, et dans laquelle on place la source, le dispositif de détection et les miroirs. On prévoit en outre des moyens pour faire le vide dans cette enceinte ou pour la remplir d'un gaz qui est transparent aux rayonnements ultraviolets .So that the measurements are not disturbed, provision is made, in accordance with the invention, for an enclosure which is opaque to any light, in particular to ultraviolet radiation, and in which the source, the detection device and the mirrors are placed. Means are also provided for creating a vacuum in this enclosure or to fill it with a gas which is transparent to ultraviolet radiation.
Ceci est • schématiquement illustré par la figure 6 où l'on voit une enceinte 114 qui est étanche et opaque à toute lumière et dans laquelle se trouvent la source 52, les miroirs 58 et 60 et le dispositif 54. Cette enceinte est par exemple en un métal tel que l'acier inoxydable.This is • schematically illustrated in FIG. 6 where we see an enclosure 114 which is tight and opaque to any light and in which the source 52, the mirrors 58 and 60 and the device 54 are located. This enclosure is for example in a metal such as stainless steel.
Des moyens de pompage 116 sont prévus pour faire le vide dans cette enceinte, de manière à en éliminer tout gaz, tel que la vapeur d'eau ou le dioxygène, capable d'absorber les rayonnements ultraviolets .Pumping means 116 are provided to create a vacuum in this enclosure, so as to eliminate any gas, such as water vapor or dioxygen, capable of absorbing ultraviolet radiation.
L'enceinte 114 et les moyens de pompage 116 sont également schématiquement représentés sur les figures 9 et 10.The enclosure 114 and the pumping means 116 are also schematically represented in FIGS. 9 and 10.
Dans l'exemple de la figure 7, ces moyens de pompage sont remplacés par des moyens pour remplir l'enceinte 114 d'un gaz qui est transparent aux rayonnements ultraviolets et ne contient par exemple ni eau ni dioxygène. En tant que gaz, on utilise par exemple le diazote pur ou un gaz rare tel que l'argon.In the example of FIG. 7, these pumping means are replaced by means for filling the enclosure 114 with a gas which is transparent to ultraviolet radiation and contains, for example, neither water nor oxygen. The gas used is, for example, pure dinitrogen or a rare gas such as argon.
Ces moyens pour remplir l'enceinte 114 de gaz comprennent des moyens 118 d'injection de ce gaz dans l'enceinte. Un trou 119, éloigné de l'endroit d'arrivée du gaz dans l'enceinte, est prévu dans la paroi de celle-ci pour permettre au gaz de s'en échapper (après quoi ce gaz peut être pompé par des moyens non représentés). On établit ainsi une circulation du gaz dans l'enceinte. Dans l'exemple de la figure 6, l'enceinte est rigide. Cependant, on peut également utiliser une enceinte « souple ».These means for filling the enclosure 114 with gas comprise means 118 for injecting this gas into the enclosure. A hole 119, distant from the place of arrival of the gas in the enclosure, is provided in the wall thereof to allow the gas to escape therefrom (after which this gas can be pumped by means not shown). ). A gas circulation is thus established in the enclosure. In the example of Figure 6, the enclosure is rigid. However, one can also use a “flexible” enclosure.
Ceci est schématiquement illustré par la figure 8 où l'enceinte est en plusieurs parties : on utilise une enceinte principale 120, qui contient les miroirs, et une enceinte auxiliaire 122 qui contient la source 82 et qui est reliée de façon étanche à l'enceinte 120 par un soufflet métallique 124. De plus, le dispositif de détection 84 est lui-même dans une enceinte étanche 126 et cette dernière est reliée de façon étanche à l'enceinte 120 par un autre soufflet métallique 128.This is schematically illustrated by FIG. 8 where the enclosure is in several parts: a main enclosure 120 is used, which contains the mirrors, and an auxiliary enclosure 122 which contains the source 82 and which is tightly connected to the enclosure 120 by a metal bellows 124. In addition, the detection device 84 is itself in a sealed enclosure 126 and the latter is connected in sealed manner to the enclosure 120 by another metallic bellows 128.
Le dispositif, les miroirs et la source se trouvent ainsi dans une enceinte « souple » grâce aux soufflets. Cela permet notamment de déplacer les miroirs pour affiner les réglages de focalisation.The device, the mirrors and the source are thus in a “flexible” enclosure thanks to the bellows. This allows in particular to move the mirrors to refine the focus settings.
De façon avantageuse, on peut également utiliser une telle enceinte « souple » dans les exemples des figures 6, 7, 9 et 10.Advantageously, such a "flexible" enclosure can also be used in the examples of FIGS. 6, 7, 9 and 10.
Dans un exemple non représenté de l'invention, on utilise une enceinte rigide, par exemple en forme de tube, contenant la source et les miroirs, et l'on relie cette enceinte de façon étanche, par un conduit rigide ou souple (soufflet), à une • autre enceinte étanche, contenant le dispositif de détection.In an example not shown of the invention, a rigid enclosure is used, for example in the form of a tube, containing the source and the mirrors, and this enclosure is connected in a sealed manner, by a rigid or flexible conduit (bellows) , to another • sealed enclosure, containing the detection device.
Toutes les liaisons entre enceintes sont bien entendu faites de manière à ne pas gêner la propagation de la lumière depuis la source jusqu'au dispositif de détection. All connections between speakers are of course made so as not to hinder the propagation of light from the source to the detection device.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système optique de collecte de lumière, ce système (50, 66, 80) étant destiné à collecter la lumière émise par au moins une source lumineuse (52, 68, 82, 94, 102) et à focaliser la lumière collectée sur au moins un dispositif de détection de lumière (54, 70, 84, 96, 106), ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux miroirs, à savoir des premier et deuxième miroirs, le premier miroir (58, 74, 88) étant apte à collecter la lumière émise par la source lumineuse et à focaliser la lumière collectée sur le deuxième miroir, ce deuxième miroir (60, 76, 90) étant apte à focaliser la lumière qu'il reçoit du premier miroir sur le dispositif de détection de lumière, ce système étant ainsi amplificateur, achromatique et d'absorption réduite, particulièrement dans l'ultraviolet et en ce que le système est muni1. Optical light collection system, this system (50, 66, 80) being intended to collect the light emitted by at least one light source (52, 68, 82, 94, 102) and to focus the collected light on at at least one light detection device (54, 70, 84, 96, 106), this system being characterized in that it comprises at least two mirrors, namely first and second mirrors, the first mirror (58, 74, 88) being able to collect the light emitted by the light source and to focus the collected light on the second mirror, this second mirror (60, 76, 90) being able to focus the light it receives from the first mirror on the device light detection, this system thus being amplifier, achromatic and of reduced absorption, particularly in the ultraviolet and in that the system is provided
- d'une enceinte qui est opaque à toute lumière, en particulier aux rayonnements ultraviolets, et dans laquelle sont placés la source lumineuse, le dispositif de détection de lumière et les miroirs, et- an enclosure which is opaque to any light, in particular to ultraviolet radiation, and in which the light source, the light detection device and the mirrors are placed, and
- de moyens pour faire le vide dans cette enceinte ou la remplir d'un gaz qui est transparent aux rayonnements ultraviolets.- Means for creating a vacuum in this enclosure or filling it with a gas which is transparent to ultraviolet radiation.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième miroirs (58, 60; 74, 76) ont le même axe (XI; X2), ce même axe constituant l'axe optique du système, et les foyers respectifs (Fl, F2; F3, F4) des premier et deuxième miroirs sont situés sur cet axe optique .2. System according to claim 1, in which the first and second mirrors (58, 60; 74, 76) have the same axis (XI; X2), this same axis constituting the optical axis of the system, and the respective focal points ( F1, F2; F3, F4) of the first and second mirrors are located on this optical axis.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel les foyers respectifs (Fl, F2; F3, F4) des premier et deuxième miroirs sont confondus.3. System according to claim 2, wherein the respective foci (F1, F2; F3, F4) of the first and second mirrors are combined.
4. Système selon la revendication 2, dans lequel les foyers respectifs (Fl, F2; F3, F4) des premier et deuxième miroirs sont distincts.4. The system of claim 2, wherein the respective foci (F1, F2; F3, F4) of the first and second mirrors are separate.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le premier miroir comporte un perçage central (64, 80) qui est apte à laisser passer la lumière focalisée par le deuxième miroir vers le dispositif de détection de lumière.5. System according to any one of claims 2 to 4, in which the first mirror has a central bore (64, 80) which is capable of letting the light focused by the second mirror pass to the light detection device.
6. Système selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième miroirs (88, 90) sont décalés l'un pair rapport à l'autre, au moins l'un des premier et deuxième miroirs étant hors d'axe.6. The system of claim 1, wherein the first and second mirrors (88, 90) are offset evenly compared to each other, at least one of the first and second mirrors being off axis.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chacun des premier et deuxième miroirs (58, 74, 88; 60, 76, 90) est choisi parmi les miroirs spheriques, les miroirs paraboliques et les miroirs ellipsoïdaux.7. System according to any one of claims 1 to 6, in which each of the first and second mirrors (58, 74, 88; 60, 76, 90) is chosen from spherical mirrors, parabolic mirrors and ellipsoidal mirrors.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chacun des premier et deuxième miroirs (58, 74, 88; 60, 76, 90) est recouvert d'un dépôt métallique ou chimique.8. System according to any one of claims 1 to 7, in which each of the first and second mirror (58, 74, 88; 60, 76, 90) is covered with a metallic or chemical deposit.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif de détection de lumière comprend une fente d'entrée (56, 72, 86, 110) et le deuxième miroir est prévu pour focaliser la lumière qu' il reçoit du premier miroir sur cette fente d' entrée .9. System according to any one of claims 1 to 8, in which the light detection device comprises an entry slit (56, 72, 86, 110) and the second mirror is provided for focusing the light which it receives the first mirror on this entry slit.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif de détection de lumière est un dispositif d'analyse spectrométrique optique (96) comprenant une fente d' entrée et le deuxième miroir est prévu pour focaliser la lumière qu' il reçoit du premier miroir sur cette fente d'entrée.10. System according to any one of claims 1 to 8, in which the light detection device is an optical spectrometric analysis device (96) comprising an entrance slit and the second mirror is provided for focusing the light that 'it receives from the first mirror on this entry slit.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la lumière émise par la source lumineuse contient une ou plusieurs composantes ultraviolettes.11. System according to any one of claims 1 to 10, in which the light emitted by the light source contains one or more ultraviolet components.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la source lumineuse est une lampe à décharge luminescente. 12. System according to any one of claims 1 to 11, in which the light source is a glow discharge lamp.
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