Растровый спектрометр с селективной модуляцией Советский патент 1984 года по МПК G01J3/12 

00

4

vl

Изобретение относится к спектральному приборостроению, а именно к спектральным приборам, предназначенным дпя проведения точных спектрометрических измерений, в особенности слабых световых потоков в ИК области спектра.

По основному авт.св. № 968629 известен растровый спектрометр с селективной модуляцией, используемый для проведения точных спектрометрических измерений, в особенности слабых световых потоков в ИК области спектра, и содержащий установленные по ходу луча входной растр, коллиматорный. объектив, диспергирующую систему, фокусирующий объектив, выходной растр систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему. Входной и выходной растры сое-тоят из одинакового числа прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов, которые расположены по полю растров в соответствии с положительными и отрицательными элементами в строках и столбцах матрицы Адамара, причем прозрачный элемент растра соответствуе отрицательному элементу матрицы. Расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов растров выполнены одинаковыми по высоте.

Такое выполнение растров при уелоВИИ совершенно равномерной освещенности по полю выходного растра обеспечиваёт получение аппаратной функции спектрометров без побочных максимумов,что повьшает чувствитёльностк и точность спектрометрических измерений D .

Однако в известном приборе освещенность по полю выходного растра не может быть строго равномерной изза наличия аберраций оптической системы, виньетирования наклонных пучков. неточностей юстировки осветительной системы, неравномерной яркости по поверхности исследуемого источника и т.д.

в результате в контуре аппаратной функции спектрометра появляются остаточные побочные максимумы которые снижают чувствительность и точность спектрометрических измерений.

Цель изобретения - повышение чувествительности иточности измерений спектрометра при неравномерной освещенности поля выходного растра.

Поставленная цель достигается тем что в растровом спектрометре с селективной модуляцией расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов растров выполнены неодинаковыми по высоте, причем высота элементов от одного ряда к другому обрётно пропорциональна средней освещенности вдоль этих рядов.

При высоте каждого ряда элементов обратно пропорциональной средней освещенности вдоль ряда, побочные максимумы в контуре аппаратной функции существенно уменьшаются, а в некоторых случаях устраняются почти полностью.

На фиг.1 изображена принципиальная схема растрового спектрометра с селективной модуляцией{ на фиг.2 и 3 растры с неодинаковыми по высоте рядами прозрачных и непрозрачных элементов на фиг. 4 - 7 - примеры неравномерного распределения освещенности поля выходного растраI на фиг. 8 и 9 - соответствующие аппаратные функции известного спектрометра.

Растровый спектрометр (фиг.1) содержит входной растр 1, коллиматорный объектив 2, диспергирующую систему 3, фокусирующий объектив 4, выходной растр 5, систему исключения постоянной составляющей, состоящую из объективов 6 и 7 и модулятора В, приемнорегистрирующую систему 9. Дисперги-рующая система 3 представляет собой дифракционную решетку. Модулятор 8 имеет зеркальные ламели. Непрозрачные и прозрачные элементы растра имеют прямоугольную форму и расположены по полю в соответствии с 1 и

-1 в строчках и столбцах части матрицы: Адямара QV.

Ряды прозрачных и непрозрачных элементов растров выполнены неодинаковыми по высоте в направлении дисперсии (фиг.2 и З). Высота каждого ряда обратно пропорциональна, средней освещенности вдоль ряда.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника проходит через прозрачные элементы входного растра 1. попадает на коллиматорный объектив 2 который формирует параллельный пучок и посьшает его на диспергирующую систему 3. Разложенное в спектр излучение попадает 3на фокусирующий объектив 4j который строит ряд смещенных одно относитель ио другого монохроматических изображений входного растра на выходном растре 5. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки J в точности совпадает с выходным растром. Для этой длины волны величина проходящего через выходной растр светового потока F. пропорциональна общему числу прозра ных элементов в растре, Дпя других длин волн Д световой поток F, значительно меньше и пропорционален числу взаимно совпадающих элементов выходного растра и части смещенного относительно его изображения входног растра. В свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, световые потоки для длин волн и Л равны соответственно и Г . Проходящий и отраженный потоки FJ. и Frt зеркальными объективами 6 и 7 направляются на вращающийся модуля тор 8 с зеркальными ламелями. При вращении модулятора 8 в пркемно-регистрирующую систему 9 поочередно поступают световые потоки, прощедши через растр 5 и отраженные от него. Приемно-регистрирующая система на.строена на частоту модуляции и регистрирует разность 0 Сканирование спектра осуществляет ся разворотом дифракционной рещетки В реальных условиях работы прибо ра освещенность по полю выходного растра неравномерна. Относительное распределение освещенности по полю выходного растра при исследовании вытянутых в одном направлении источников излучения подобно представлен 74 ному на фиг.6, а в общем случае на фиг.7. В случае распределения освещенности, представленного на фиг.6,освещенность вдоль каждого ряда сохраняется постоянной, а от ряда к ряду изменяется в соотношении 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 0,9; 0,8; 0,7, поэтому высоты рядов в растрах соотносятся как 1/0,7 : 1/0,8:1/0,9 : 1/1 : 1/0,9 : 1/0,8 : 1/0,7. Такой растр изображен на фиг.2. , а соответствую-, щая ему аппаратная функция -на фиг,4, причем она полностью свободна от побочных максимумов, в отличие от аппаратной функции известного спектрометра фиг.8). В случае распределения освещенностей, представленного на фиг.7, средние значения освещенностей вдоль рядов изменяются в соответствии с соотнощением 0,700: 0,771 : 0,814 : 829 : 0,814 ,0,771 : 0,700, поэтому высота рядов в растрах изменяется в соотнощении 1,184 : 1,074 : 1,018 : 1,000 : 1,018 : 1,074 :1,184 (фиг.З). Соответствующая аппаратная функция изображена на фиг.5 и имеет среднеквадратичный уровень побочных максимумов примерно в 2,6 раза меньще, чем аппаратная функция известного спектрометра (фиг.9). В предложенном спектрометре побочные максимумы в контуре аппаратной функции существенно уменьшены или устранены полностью за счет того,что расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов растров выполнены неодинаковыми по высоте, причем высота рядов обратно пропорциональна средней освеп1енности вдоль рядов.

Ы

РАСТРОВЫЙ СПЕКТРОМЕТР С СЕЛЕКТИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ по авт. св. № 968629, отличающийся тем, что, с целью повышения его чувствительности и точности измерений при неравномерной освещенности поля выходного растра,расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элемен тов растров вьшолнены неодинаковыми по высоте, поичем высота злементов от одного ряда к другому обратно пропорциональна средней освещенности вдоль этих рядов.

-Y/2

Y/2

ФигМ

т

Фиг.5

f

±г/г

Фиг.