SE433538B - Fotometrisk cell - Google Patents

Description

7902702-5 2 Principen enligt vilken denna anordning arbetar framgår av fig. 2 som schematiskt visar i frontvy spegeln M och de där- på åstadkomna bilderna. Ur kända optiska lagar framgår, att bilden av en objektpunkt som befinner sig intill en konkav spegels krökningsmedelpunkt är en bildpunkt så belägen att nämnda krökningsmedelpunkt i en första approximation ligger i medelpunkten av ett segment som bildas av nämnda objekt- och bildpunkter. Om inträdespupillen E tas för ett- objekt I0, erhålles efter en första reflexion på halv-spegeln M en bild I l l på Cl. Denna bild Il ger i sin tur upphov genom reflexion på som ligger symmetriskt relativt IQ med avseende den andra halv-spegeln M2 till en andra bild Iz som är symmetriskt relativt Il med avseende på C2, o.s.v. Genom upprepade reflexioner på speglarna erhålles således en följd av bilder av vilka var och en är skild från de övriga och vilka ligger i huvudsak i ett plan definierat av nämnda krökningsmedelpunkter och av inträdespupillen, d.v.s. på spegeln M. Alla dessa bilder ligger utmed två raka linjer som är parallella med förbindelselinjen mellan krökningsmedel- punkterna Cl och C2. Utträdespupillen S är så anordnad, att den sammanfaller med en av bilderna (i fig. 2 med den elfte bilden nr Ill). Med andra ord kan sägas att inträdes- och ut- trädespupillerna är av speglarna efter ett stort antal re- flexioner optiskt konjugerade med varandra. Det är uppenbart att en sådan anordning uppvisar en relativt lång optisk bana, eftersom antalet refexioner är högt (i exemplet enligt fig. 2 korsar strålknippet cellen tjugotvå gånger under elva fram- och bakâtförflyttningar).

Cellen enligt föreliggande uppfinning förbättrar den beskrivna kända anordningen i den meningen att den optiska banan ytter- ligare kan avsevärt ökas, t.ex. 2, 3 eller t.o.m. flera gånger.

Enligt uppfinningen, i stället för att bortleda strålknippet när det åter når spegelns periferi (vid Ill i fig. ZL låtes det passera i en cell av en annan typ med ett nytt par av två optiskt med varandra konjugerade speglar, för att därefter återinföras i whitecellen där det ånyo genomgår ett stort an- tal reflexioner.

Närmare bestämt hänför sig uppfinningen till en fotometrisk cell av den typ som innefattar två intill varandra anordnade konkava halv-speglar M1 och M2 och en tredje konkav spegel M -3 7902702-5 mittemot dem, varvid alla tre speglarna har samma kröknings- radie och speglarnas M1 och M2 kräkningsmedelpunkter Cl och C2 är med obetydligt inbördes avstånd belägna på spe- geln M vars krökningsmedelpunkt c i sin tur är belägen mellan speglarna M1 och M2, varvid optiska organ förefinnes för in- förande av ett mätningsstrålknippe i cellen via en inträdes- pupill E och dess bortledande, efter upprepade reflexioner, via en utträdespupill S. En sådan cell kännetecknas enligt uppfinningen av att spegeln M är avskuren vinkelrätt mot krökningsmeaeipunkternas cl och c2 förbinaelselinje, att den avskurna delen är ersatt med ett optiskt transmissionssystem L, att inträdes- och utträdespupillerna E och S är anordnade i samma nivå som detta system L utmed en mot nämnda förbin- delselinje Cl-C2 vinkelrät linje, att en fjärde konkav spe- gel (eller tredje konkav halv-spegel) M3 förefinnes, och att systemet L är så konstruerat att speglarna M1 och M3 är därav optiskt konjugerade med varandra, varvid spegelns M3 krökningsradie ligger på förbindelselinjen mellan pupillerna E och S vilka av alla speglarna och av systemet L är konju- gerade med varandra. Med "obetydligt inbördes avstånd mellan krökningsmedelpunkterna" menas här ett avstånd som är litet i förhållande till speglarnas krökningsradier,exempelvis mindre än en tiondel av dessa radier, så att anordningen arbetar inom det paraxiala området (gaussområdet).

Fast vilket som helst optiskt system kan begagnas för in- förande av strålknippet mellan de tvâ speglarna och för dess bortledande (exempelvis ett prismatiskt system, ett linssystem, lasersystem eller ett avlänkningssysteml så användes med fördel till dessa syften ljusledare bestående av optiska rör eller fibrer.

Ytterligare fördelaktiga kännetecken av uppfinningen fram- går av följande beskrivning av utföringsexempel samt av när- slutna patentkrav. Uppfinningen beskrives närmare med led- ning av bifogade ritningar, som avser utföringsexempel och i vilka fig. l schematiskt visar en förut känd cell, fig. 2 schematiskt visar hur cellen enligt fig. 1 arbetar, fig. 3 schematiskt visar de optiska huvuddelarna i en cell enligt uppfinningen, fig. 4 schematiskt visar hur cellen enligt fig. 3 arbetar, fig. 5 schematiskt visar hur en förbättrad variant av cellen enligt uppfinningen arbeter, och fig. 6 7902702-5 är ett längdsnitt genom cellen enlit uppfinningen.

Fig. l och 2 har redan förklarats vid beskrivningen av -teknikens kända ståndpunkt.

I enlighet med fig. 3 uppvisar en cell enligt föreliggande uppfinning i likhet med den kända Whitecellen två sfäriska konkava halv-speglar M1, M2 vilkas krökningsmedelpunkter Cl och C2 konkav spegel M vars krökningsradie C i sin tur ligger mitt- emellan de tvâ halv-speglarna M1 och M2. Enligt uppfinningen ligger med litet inbördes avstånd på en sfärisk är spegeln M avskuren vinkelrätt mot krökningsmedelpunkternas Cl, C2 förbindelselinje A, d.v.s. horisontellt i fig. 3.

Den avskurna delen är ersatt med ett optiskt transmissions- system L. Ytterligare en sfärisk konkav halv-spegel M3 är anordnad bakom systemet L. Systemets L brännvidd och stället för spegeln M3 är så valda, att halv-speglarna M1 och M3.är av systemet L optiskt konjugerade med varandra. Strålknippet _ släpps in i cellen och tages ut därur via inträdes- och ut- trädespupiller E och S som är belägna i öppningar anordnade i systemet L, varvid pupillernas E och S förbindelselinje B är vinkelrät mot ovan nämnda förbindelselinje A. Halv-spegelns M3 krökningsmedelpunkt C3 ligger i systemet L, på förbindelse- linjen B.

Denna cellarbetar i enlighet med fig. 4 på följande sättz- Den del av cellen som ligger mellan den avskurna spegeln M och de två halv-speglarna Ml och M2 beter sig som en White- cell. Strålknippet släpps däri genom pupillen E och ger upphov till på varandra följande bilder nr l, 2, 3, .... 6, 7. Alltid två på varandra följande bilder av denna bildföljd definierar ett segment i vars mitt en av de två kröknings- medelpunkterna Cl eller C2 ligger. Alla dessa bilder ligger utmed två raka linjer som är parallella med förbindelselinjen A och som ligger på var sin sida om denna förbindelselinje.

Den sista av dessa bilder, nr 7 i fig. 4, faller på det optiska systemet L, men inte på utträdespupillen S, varige- nom denna del av cellen enligt uppfinningen skiljer sig från 5 7902702-5 den konventionella Whitecellen. Strålknippet lämnar således utrymmet mellan speglarna M1, M2 och M och fortsätter mot spegeln M3. Spegeln M3 ger av bilden nr 7 en bild nr 8 på sådant ställe att medelpunkten av ett segment 7 - 8 ligger i C3. Strålknippet âterinträder således i 8 i Whitecellen, varvid 8 spelar rollen av en ny inträdespupill, och en ny serie av bilder som är fördelade utmed tvâ med förbindelse- linjen A parallella och på var sin sida därom belägna linjer åstadkommes. Det är bilderna nr 9, 10, ll, ..... 15 i fig. 4.

Den sista bilden (nr 15) sammanfaller med utträdespupillen S ur cellen, vilket är möjligt av den anledningen, att krök- ningsmedelpunkten C3 ligger på förbindelselinjen B. I det visade exemplet medger således omvägen över den bakre halv- spegeln M3 en fördubbling av strâlknippets bana i den White- cellen liknande cellen.

Det är uppenbart att denna bana ytterligare kan förlängas genom lämpligt val av krökningsmedelpunktens C3 och utträdes- pupillens S relativa lägen. I fig. 5 visas t.ex. en variant där krökningsmedelpunkten C3 ligger i samma nivå som resp. i inträdespupillen E, vilket medför att av den sista bilden i den första serien,nr ll, åstadkommes efter reflexion på halv-spegeln M3 en bild llb som ligger symmetriskt relativt ll med avseende på C3. Bilden llb ger upphov till en ny serie som slutar med nr 22. Av denna bild 22 åstadkommes ef- ter reflexionen på spegeln M3 en bild 22b som ger upphov till en tredje serie av bilder vilken slutar med nr 33, som slut- ligen faller på utträdespupillen S.

I fig. 5 bör märke läggas till att de bilder som âstadkommes av Whitecellen med den avskurna spegeln M och de två halv-speglarna M1, M2 ligger utmed vertikala linjer, Wmedan de bilder som åstadkommas av den cell vilken bildas av halv-speglarna M1 och M3 och systemet L ligger utmed en horisontell linje.

För närmare upplysning om fotometriska celler bestående av 79027 02-5 två av ett optiskt transmissionssystem konjugerade konkava speglar hänvisas till franska patentansökan nr 7714753 av s 1977-05-13 med titeln “Dispositif de photomëtrie a miroirs \ concaves et a optique de camp".

Vid en given längd av behållaren, och givna diametrar för pupillerna och spegeln M, är den optimala anordningen av mellanbilderna en figur som kan inskrivas i en kvadrat. An- talet "bildspalter" i en Whitecell är nödvändigtvis alltid jämnt enligt formeln 2N där N > 2. Det optimala antalet bil- der åstadkomna på spegeln M i cellen enligt föreliggande uppfinning är således n = (2N)2. I fallet med varianten en- 16, medan hos varianten en- 36. ligt fig. 4 gäller N 2 och n ligt fig. 5 gäller N 3 och n Bildernas “kvadratiska" anordning kan i vissa fall vara mindre fördelaktig med hänsyn till justeringen av den optiska banans längd. Det är givetvis möjligt att vid behov åstad- komma en "rektangulär" anordning, genom att antalet spalter 2N görs skiljaktigt från antalet rader J.

I den följande tabellen återges nägra siffervärden för de huvudsakliga geometriska parametrarna hos några utförings- exempel av cellen enligt uppfinningen. I tabellen, där längd- enheten är millimeter, är följande storheter upptagna: ZN: antalet bildspalter på spegeln M J: " bildrader “ " " n: totalantalet bilder " " " 1: avståndet mellan spegeln M och speglarna M1, M2 d: diameter av spegeln M P: optisk bana i cellen D: halv-speglarnas M1 och M2 diameter V: analyscellens inre volym (i milliliter) T: cellens transmissionskoefficient för ljus. 7902702-5 T A B E L L v T T 211 J n P 1 d D m1 luft vatten 16 162 28 221 O. 27 003k- 20 6192 172 30 5? BÖH 0.26 0.32 21, sann 201 55' 67 1125 0-23 °-29 30 11502 213 37 71 5011 0.19 0.25 o\ om tf JT FT om an cm kn if Tabellen gäller för en inträdespupill med diametern 5 mm och vid en divergens hos strålknippet av 200. Under samma förut- sättningar, och vid en optisk bana på omkring ll m, ät White- cellens volym 1144 ml,medan enligt föreliggande uppfinning den är endast 504 ml, varifrån tydligen framgår fördelarna med föreliggande uppfinning. Dessa fördelar ökar med ökande optisk bana, så att det är förmånligt att bygga celler med nycket långa banor.

Transmissionskoefficienten T för ljus som passerar genom cellen enligt uppfinningen beror på följande faktorerz- - transmissionskoefficienten Tl vid en reflexion på spegeln, och antalet nl av sådana reflexioner; - transmissionskoefficienten T2 vid en luft-glasövergång, och antalet n2 av sådana övergångar; - transmissionskoefficienten T vid en övergång mellan den 3 analyserade fluiden och glaset, och antalet n3 av sådana övergångar.

För den totala transmissionskoeffioienten T gäller således: I den ovan anförda tabellen ges två serier av värden för denna transmissionskoefficient, nämligen dels när cellen är fylld med luft, dels när den är fylld med vatten.

Claims (4)

7902702-5 8 Ur fig. 5 framgår att när de två speglarna M1 och M2 belyses samtidigt, så åstadkommer den första reflexionen på halv-spe- geln M en första bild E' som är symmetrisk med E med avseende på kröšningsmedelpunkten C2. En hjälpöppning S' i spegeln M på detta ställe medger att det ur denna öppning utträdande strâlknippet eventuellt kan användas för analysändamål när ljuset har genomlöpt bara en kort optisk bana. Detta system med- ger också att eliminera bakgrundsgrumligheten hos den analyserade fluiden genom att man arbetar på två olika våglängder i absorptionsspektret. I fig. 6 visas schematiskt ett längdsnitt genom en fotometrisk cell enligt uppfinningen med de två halv-speglarna M1 och M2, den avskurna spegeln M, den fjärde spegeln M3 som här är en hel spegel, fast endast en hälft (-den nedre i ritningen) kommer till användning,och med det optiska systemet L som här utgörs av en lins vilken ävenledes är en hel lins, fast den i det visade exemplet utnyttjas endast i sin i ritningen övre del. Speglarna M1 och M2 kan inställas medelst inställningsorgan 40 och spegeln M3 medelst ett inställningsorgan 42. Strål- knippet tillförs via en ljusledare 44 och inträdespupillen E, och bortledes via en annan ljusledare 46 som inte syns i fig. 6, men däremot i fig. S. Eventuellt förefinns vidare en ljusledare 49 för bortledning,efter ett enda fram- och tillbakapassage i analyscellen, av det ljus som har reflekte- rats på spegeln M2. Genom öppningen 48 införs i cellen den fluid som skall analyseras. Denna fluid intar i cellen en volym som i det visade exemplet begränsas av spegeln M och av de två halv-speglarna M1 och M2. Patentkrav
1. l. Fotometrisk cell innefattande dels två intill varandra belägna konkava halv-speglar (M1, M2) och en tredje konkav spegel (M) belägen mittemot dessa halv-speglar, varvid alla tre speglarna har samma krökningsradie och halv-speglarnas krökningsmedelpunkter (Cl, C2) ligger på obetydligt inbördes avstånd på den tredje spegeln, vars krökningsmedelpunkt (C) i sin tur ligger mellan de båda halv-speglarna, dels optiska 9 7902702-5 organ (44, 46) för införande i cellen resp. bortledande däri- från efter upprepade reflexioner på speglarna av ett mätknippe av ljusstrålar via en inträdes- resp. en utträdespupill (E,S), k ä n n e t e c k n a d av att den tredje spegeln är avsku- ren vinkelrätt mot förbindelselinjen (A) av de båda halv-speg- larnas krökningsmedelpunkter, att spegelns avskurna del är ersatt med ett optiskt transmissionssystem (L), att inträdes- - och utträdespupillerna är anordnade i huvudsak i samma nivå som nämnda transmissionssystem och med sina medelpunkter på en rak förbindelselinje (B) som är vinkelrät mot nämnda krökningsmedelpunkternas förbindelselinje (A), och att en fjärde konkav spegel eller halv-spegel (M3) förefinnes vars krökningsmedelpunkt (C3) ligger på samma förbindelselinje (B) som pupillernas medelpunkter, varvid å ena sidan en av de två förstnämnda halv-speglarna (M1, M2) och den fjärde spegeln (M3) är via transmissionssystemet optiskt konjugerade med varandra, och å andra sidan de båda pupillerna (E,S) är via alla speglarna och transmissionssystemet optiskt konjugerade med varandra.
2. 2. Fotometrisk cell enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d av att organen för strålknippets tillförsel och bort- ledning utgörs av ljusledare isynnerhet ljusledare bestående av optiska fibrer.
3. 3. Fotometrisk cell enligt patentkrav l eller 2, k ä n - n e t e c k n a d av organ (48) för införande av en fluid som skall analyseras i utrymmet mellan de två första halv-speglarna och den tredje spegeln.
4. 4. Fotometrisk cell enligt något eller nâgra av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att utrymmet mellan de tvâlnlv-qgxflarna och den tredje spegeln är mekaniskt tätat gen- temot utrymmet mellan den tredje och den fjärde spegeln.