ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Требования к оптическим системам из "Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной области" В соответствии с принципом действия ИК-анализаторов их оптические системы должны обеспечивать формирование пучка параллельных лучей от источника излучения, выделение требуемого спектрального интервала излучения, падающего на кювету или приемник, и концентрирование прошедшего через кювету излучения на светочувствительной площадке приемника. В зависимости от выбранной измерительной схемы анализатора его оптическая система в некоторых случаях должна также обеспечивать разделение излучения от источника на два потока и направление нх на два приемника или сведение на один приемник. Измерительной схемой определяется до некоторой степени также конструкция оптической системы. [c.86] Для выполнения перечисленных выше функций в состав оптических систем анализаторов должны входить оптическая система излучателя для формирования параллельного пучка лучей, светофильтр, оптическая система приемника, проецирующая излучение на приемник, и в необходимых случаях элементы разделения и сведения световых потоков. [c.86] Основными характеристиками оптических систем являются фокусное расстояние, диаметр входного зрачка и относительное отверстие. Эти характеристики определяют как габаритные размеры оптической системы, так и ее светотехнические параметры. [c.86] Фокусное расстояние f оптической системы определяется между крайним оптическим элементом системы и его фокусом, т. е. точкой, где собираются преломленные (при использовании линзы) или отраженные (для зеркала) параллельные лучи. Простейшими оптическими элементами являются тонкая линза и сферическое зеркало. [c.86] Для тонкой линзы фокусное расстояние отсчитывается от ее центра, для сферического или асферического зеркал — от точки пересечения отражающей поверхности с оптической осью до фокуса. Оптической осью называется прямая, на которой расположены центры кривизны всех отражающих и преломляющих поверхностей элементов оптической системы. Оптическая система имеет передний, расположенный слева, и задний, расположенный справа, фокусы и соответствующие им переднее и заднее фокусные расстояния. Обычно задний фокус и заднее фокусное расстояние обозначаются теми же буквами, что и передние, но со штрихом. [c.86] В зависимости от фокусного расстояния и диаметра оправы первого элемента или специа льно установленной диафрагмы, называемой апертурной, оптические системы различаются по степени использования светового потока, идущего от источника излучения, т. е. по способности собирать световой поток, называемой светосилой оптической системы. [c.86] В зависимости от значений относительного отверстия условно различают оптические системы малой светосилы (Л в пределах 1 40 до 1 20), средней светосилы (от 1 20 до 1 10), большой светосилы (от I 10 до 1 3) и высокой светосилы (от 1 3 до 1 0,8). [c.86] Входным зрачком называется такое отверстие (или его изображение) в оптической системе, которое наибольшим образом ограничивает проходящий через систему световой поток. Входным зрачком может служить оправа какого-либо оптического элемента или специальная диафрагма, или одно из их изображений. [c.87] Выбор вида исполнения оптической системы и ее элементов определяется не только измерительной схемой анализатора, но и спектральным диапазоном его работы, метрологическими характеристиками и параметрами надежности, а также стоимостью и технологичностью изготовления оптических деталей. [c.87] Оптические системы анализаторов с интерференционными светофильтрами наиболее просты. Они классифицируются на три общих вида линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые. На рис. 3.11 показаны схемы этих оптических систем. [c.87] Наиболее простой является линзовая система, которая используется в основном в однолучевых одноканальных анализаторах, где не требуется разделения световых потоков и, следовательно, достаточна невысокая светосила оптической системы. В двухканальных анализаторах, где необходимо разделение светового потока, применяют зеркальные или зеркально-линзовые системы. Зеркала оптической системы излучателя в двухлучевом анализаторе могут быть как сферическими, так и параболическими. Последние обеспечивают более высокую светосилу системы. В оптической системе излучателя однолучевых анализаторов обычно используют линзы, но для повышения светосилы применяют и зеркала. [c.87] Кювета с анализируемым образцом может располагаться (в трех рассмотренных схемах) как перед светофильтрами — в интегральном свете, так и после светофильтров — в фильтрованном, свете. Кювета не входит в оптическую систему анализатора, однако на пропускании системы сказываются потери света в плоских пластинах из оптического материала, ограничивающих слой жидкости в кювете. Эти потери следует учитывать при энергетическом расчете. Кювета влияет на требования к оптической системе еще и в другом отношении. При определенной длине кюветы (выбранной из условия обеспечения достаточной концентрационной чувствительности) оптическая плотность слоя вещества может достигать такого значения, при котором отношение сигнал/шум на выходе приемника будет недостаточным для уверенной регистрации выходной величины. В этом случае необходимо увеличить интенсивность падающего на кювету потока излучения. [c.87] Невыполнение любого из этих требований приводит к дополнительной нелинейности шкалы. [c.88] В соответствии с изложенным можно указать следующие наиболее важные требования к оптическим системам ИК-анализаторов 1) достаточную интенсивность падающего на кювету излучения 2) минимум потерь излучения в рабочем спектральном интервале 3) равномерное освещение светочувствительной площадки приемника 4) минимум искажений изображения компенсирующего органа 5) высокую надежность оптических элементов 6) технологичность изготовления оптических деталей. [c.88] О — С ПОМОЩЬЮ ребристого зеркала б — с помощью светоделительной призмы. [c.89] На интенсивность падающего на кювету излучения влияет также способ разделения светового потока. Помимо показанных на рис. 3.11 известны способы разделения потока с помощью ребристого зеркала и светоделительной призмы (рис. 3.12). В энергетическом отношении наиболее выгодным является способ, схема которого показана на рис. З.Иб. В остальном выбор того или иного способа разделения определяется дополнительными конструктивными требованиями. Например, в однолучевой двухканальной схеме кювету необходимо поместить в общем потоке, до его разделения. При этом желательно реализовать один из способов разделения, показанных на рис. 3.1 в и 3.12а. [c.89] Увеличения интенсивности падающего на приемник светового потока можно также достигнуть путем снижения потерь излучения в оптической системе. С этой целью для оптических элементов необходимо выбирать материалы с возможно большими коэффициентами пропускаиия или отражения. [c.89] Следует отметить, что коэффициент отражения зеркал определяется не столько их материалом, сколько качеством обработки их поверхности и материалом покрытия. [c.90] Благодаря применению просветляющих покрытий для линз коэффициент отражения ря обычно не превышает 0,1. В анализаторах, кроме того, всегда имеется несколько плоскопараллельных пластин из оптического материала, используемых не только для ограничения слоя жидкости в кювете, но и для других конструктивных решений, например при герметизации некоторых элементов (светофильтра, приемника и др.). Потери в этих пластинах будут определяться погашением излучения в них, отражением от передней поверхности и многократным отражением между поверхностями пластин. [c.90] Требования равномерного освещения светочувствительного слоя приемника и получения с минимальными искажениями изображения компенсирующего органа (в схемах с оптической компенсацией) выполняются одновременно в оптических системах с отсутствием аберраций (в безаберрационных системах). [c.91] Вернуться к основной статье