Анализатор пространственных секторов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/01 

Изобретение относится к измерительной технике в области статис7Т1ческой радиофизики, предназначено для спектральной обработки на пространственнотнекбгерентном свете двумерных распределений яркости объектов, излучающих в широком интервале длин волн оптического диапазона, и может 6i,iTb использовано в радиоастрономии геофизике и технической диагностике. Известен анализатор пространственных спект- 10 ров, содержащий оптически связанные протяженный источник монохроматического излучения, конденсатор, эталонный модулятор, объектив, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фотоприемюхков и регистратор. Эталонный модулятор выполнен в виде даоякопрелоМляющей призмы, установленной между двумя скрещенными поляризаторами 11. Недостатком этого анализатора является не- 20 возможность его использования для анализа сигналов в реальном времени. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является анализатор прост ранственных спектров, содержащий последова тельно расположенные оптически связанные узел ввода сигналов, эталон пространственны частот, интегратор и регистратор. Эталон пространственньЬс частот вьтолнен в виде двух наложенных оптических решеток. Решетки установлею с возкюжностью относительного перемещения; одна - прякюлинейного с постоянной скоростью, другая пилообразного в направлении, пертендику, лярном перемещению первой решетки со ско ростью много большей, чем скоросп перемещения первой решетки. Анализатор обеспечивает даумерный анализ процессов, записанных в яркостном виде на носителе в широкой полосе частот {2. Недостатком известного устройства i является малая скорость анализа, поскольку оно представляет собой анализатор последовательного действия. того, ана.пюзатор не обеспечивает двумерный анализ распределений яркости реальных оСгьектов. Целью изобретения является обеспечение двумерного анализа в реальном времени. Указанная цель достигается тем, что в анализаторе пространственных спектров, содер жащем последовательно расположенные оптачески связанные узел ввода сигналов, эталон пространственных частот, интегратор н регастрагор, эталон пространственных частот выполнен в внде последовательно расположенных между д)вумя скрещенными поляризаторами двух пар призм из анизотропного материала. Кроме того, узел ввода сигнала может включать последовательно расположенные люминофор с линейчатым спектром излучения и оптический фильтр, содержащий редкоземельные элементы.

На чертеже изображена оптическая схема анализатора пространственных спектров.

Анализатор содержит оптически связан1П 1е узел 1 ввода сигналов, оптический фильтр 2, эталон 3 пространственных частот, интегратор 4 и регистратор 5. Узел 1 ввода сигналов 15 включает проецирующий объектив 6 и злектронно-оптический преобразователь 7. Оптический фильтр 2 представляет собой фильтр с резкими границами полос поглощения, выполнен на редкоземельных элементах и содержит, например, гольмий, празеодим и неодим. Эталон 3 пространственных частот содержит призмы 8-П, расположенные между скрещенными поляризаторами 12 и 13. Оптические оси поляризаторов 12 и 13 расположены под углом Л U к осям X и У и перпендикулярно к оптической оси системы. Призмы 8 и 10 I имеют в основании треугольники, а призмы 9 и 11 имеют в основании трапеции. Углы между рабочими гранями призм ; . Оптические оси призм 8 и 9 ортогональны, и лежат в плоскости XZ. Оптические оси призм 10 и 11 также ортогональны и лежат в плоскости YZ. Оптические оси всех призм ориентированы под углом 7(/4 к оптической оси анализатора. Взаимное положение призм таково, что призмы 8 и 9 образуют пару, в которой все рабочие грани параллельны оси У, а П1ЖЗМ1 1 10 и 11 образуют пару, в которой все рабочие грани параллельны оси X. Призмы 8-11 выполнены из анизотропных материалов с различными показателями преломления для необыкновенного п. и обыкновенного о „. лзчей. В частном случае призмы 8-11 выполнены нз одного одноосного кристалла ( ng; ) имеют геометрию, при которой углы между их рабочими гранями равны (V -V) н длина путн для центрального луча в призмах 8 н 9 равна длине пути в призмах 10 и И ( i ог ) Интегратор 4 представляет собой обьек1НВ. Регистратор 5 вьтолнен в виде матричного фотоприемннка с индикатором. Выходной люмн1юфор электронно-оптического преобразователя имеет линейчатый спектр излучения. Может быть использован люмннофор К-77 ( Yj Oj to), Анализатор простршственных спектров работает следующим образом. . Про« Щ1рующнй объектив б узла 1 ввода сигналов обеспечивает формирование изображения двумерного распределения яркости реалыюго объекта на фотомищени электроннооптического преобразователя 7. После электIрошюго переноса изображения входному распределению яркости соответствует распределение яркости выходного люминофора элекгронно-оптического преобразователя 7. Оптический фильтр 2 осуществляет вьщеление из эмиссионного спектра люминофора доминирующей линии. В рассматриваемом варианте устройства, т.е. при использовании люминофора К-77, содержащего гольмий, празеодим и неодим оптического фильтра 2,последний выдсляет наиболее интенсивную линию 611,3 нм Набор пучков параллельных лучей с выхода оптического фильтра Z падает на входную плоскость поляризатора 12 эталона пространственных частот 3 под разными углами наклона о1 - в плоскости XZ и /ь - в плос кости YZ к оптической оси анализатора. Поляризатор 12 преобразует каждый луч в две световые волны равной амплитуды, поляризованные под углом Г/4. к осям X и Y П1)оходя через призмы 8-11, световые волны прсобретают разность фаз un.(oi,fj)e.(ot,,f4), гдедп,(Ы,р) 6. (flt, - разность хода оптических длин пути дл волн двух поляризаций в i-й призме Л - длина волны исполь зуемого света. Поскольку рабочие грани призм 8 и 9 пар шлельны оси У, а рабочие грани 10 и 11 па ргшлельны оси X, длина пути, проходимого световыми волнами в призмах 8 и 9 зависит от координаты У, а в призмах 10 и 11 - от координаты X i(o«P) i ( где 8., I в 2 - длина пути, проходимого све товыми волнами в призмах 8, 9 и 10, 11 соответственно Ср , Сд2 дшгаа пути для центрального луча в призмах 8, 9 и 10, И соответственно. Знак + или - определяется ориентацией оптических осей призм относительно оптической оси модулятора. Вследствие того, что оптические оси в каж дои паре призм взаимно перпендикуляриы и расположены под углом 7i/4 к оптической оси системы, а рабочие грани призм 8, 9 и 10, И параллельны соответственно осям X и У, показатели преломления в призмах для волн, поляризованных вдоль осей X и У (4t..n)i i 2x %i ,..,n), « % ( -показатели преломления в призмах 8 и 9 для волн, поляризован1п 1Х вдоль осей X и У соответственно; -показатели преломления в т . призмах lO и 11 для волн, поляризованных вдоль осей X и У соответственно; ( - величина, равная 1 - Здп/ -/4i t,; IQ - показатель преломления для об,1кновйшого луча; разность показателей преломления для обыкновенного н необыкновенного лучей. Знак + или - определяется ориентациоптических осей призм относительно оптикой оси модулятора. Разность показателей преломления для волн х поляризаций в призмах 8 и 9 «V- ivs-t) Разность показателей преломления для волн х поляризаций в призмах 10 и 11 (v--). ., Д VTСдвиг фаз, преобретаемый световь ми. волнапри прохождении через призмы 8-11 (V-Sin-|j(,-n4h f(4-4ti(v--.n-f(v-iey. le,.s..v)-(,(.s.nv). На выходе поляризатора 13 световой поток еет интенсивность J-.2o.(eв5ЛУ).Пд(х,1 - интенсивность луча на входе поляризатора 12. Интегратор 4 обеспечивает фокусировку ждого пучка параллельных лучей с выхода ляризатора 13 в точку на плоскости I ч) фотомишени регистратора S. . пределение освегценностн на фотомишени гистратора 5 3J.X) иЦ 1-cosV(d,(i,x,)t iiJvs 41 ( «dxcl-s ; где U)..(e)s AnSin- SinV I 1 .л I .П.Г ,-n stnV; ф(с )( Sin-),i /1 2 ПрГ1 ог/ 7« f l) начальная фаза эталонной функции;F - фокусное расстояние интегратора (объектива) 4; й( ,uf. - разность хода для осевого луча в призмах 8, 9 и 10, 11 соответственно. Результат двумерного спектрального анализа , регистртруется индикатором регистратора 5. Таким образом, предлагаемый анализатор пространственных спектров осуществляет двумерный анализ распределения яркости реальjjyjj объектов в реал«лом времени.

1. АНАЛИЗАТОР ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СПЕКТРОВ, содержащий последовательно расположенные оптически связанные узел ввода сигналов, эталон пространственных частот, интегратор и регистратор, отличающийся тем, что, с целью обеопечеш{я двумерного анализа в реальном времени, эталон пространственных частот выполнен в виде последовательно расположенных между двумя скрещенными поляризаторами двух пар призм из анизотропного материала. 2. Анализатор пространственных спектров по п. 1, о тлича ющии ся тем, что узел ввода сигналов включает последовательно расположенные люминофор с линейчатым спектром излучения и оптический фильтр, содержащий редкоземельные элементы. С