Растровый спектрометр Советский патент 1987 года по МПК G01J3/12 

Изобр.етение относится к оптическо му спектральному приборостроению.

Цель изобретения - повьнаение чув- ствительности и точности измерений.

На чертеже изображена схема растрового спектрометра.

Спектрометр содерлсит осветитель- . ную систему 1, неподвижный входной растр 2, коллиматорный объектив 3, диспергирующую систему 4, фокусирующий объектив 5, приемную систему 6,, регистрирующую систему 7, матричный многоэлементый фотоприемник 8, блок 9 вычитания электрических сигналов, который включает в.себя переключатель 10, усилитель 11 переменного и детектор 12.

Входной растр 2 установлен в фоальной плоскости коллимарного объектива 3 и состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных элементов, аспределенных по полю, например, в соответствии с распределением полоительных и отрицательных единиц в строках и столбцах матрицы Адамара. Матричньш многоэлементный фотоприемник 8 установлен в плоскости изображения входного растра 2 , в частности в фокальной плоскости фокусирующего объектива 5. Элементы матричного фотоприемника 8 путем параллельного подключения друг к другу скоммути- рованы в две группы в соответствии с прозрачными и непрозрачными элементами входного растра 2 и подключены к входам блока 9 вычитани5г электрических сигналов,в котором последовательно соединены переключатель 10 электрических сигналов, усилитель 11 переменного тока и детектор 12. Выход блока 9 вычитания электрических сигналов соединен с регистрирующей системой 7.

Поскольку в растровых спектрометрах количество прозрачных элементов в растрах практически всегда равно количеству непрозрачных элементов, то и элементы матричного фотоприемника скоммутированы в две количественно одинаковые группы, а так как все элементы выполнены на одной подложке и при одинаковых технологических условиях, их шумовые характеристики и темновые токи усреднены и одинаковы для обеих групп.

Спектрометр работает .следующим образом.

Излучение от исследуемого объекта (не показан) осветительной системой

1 направляется на входной растр 2. Пройдя прозрачные элементы растра 2, излучение попадает на коллиматорный i объектив 3 и параллельным пучкйм посылается на диспергирующую систему 4, которая осуществляет пространственное разделение света по -длинам волн. Паралллельные диспергированные

Q пучки попадают на фокусирующий объектив 5 и собираются в его фокальной плоскости, строя ряд смещенных относительно друг друга в направлении дисперсии монохроматических изображе5 НИИ входного растра 2. Сканирование спектра осуществляется разворотом диспергирующей системы 4. При этом . в каждьш момент времени с матричным фотоприемником 8 точно совпадает

Q только одно изображение входного растра 2, соответствующее некоторой длине волны настройки А„ .

Элементы матричного фотоприемника . 8 преобразуют энергию излучения в 5 электрический ток, причем фототоки отдельньпс элементов суммируются в со- .ответствии с их подключением, т.е. на выходе матричного фотоприемника действуют два фототока: I . - суммарный фототок от элементов фотоприемника 8, соответствующих прозрачным эле- . ментам входного растра, и I - суммарный фототок от элементов фотоприемника 8,, соответствующих непрозрачным элементам входного растра 2. При

35 этом для длины волны А фототок 1 О (без учета темнового тока, одинакового для обоих случаев).

Фототоки ij и IQ поступают на входы блока 9 вычитания электрических

0 сигналов., в котором осуществляется их преобразование в пульсирующий электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной разности 1 - 1 Ig, и требуемой частотой (до де45 сятков килогерц)«

Пульсирующий сигнал далее усиливается и детектируется в -блоках 11 и 12 и поступает на регистрирующую систему 7 в виде Постоянного элект0 рического сигнала, пропорционального световому потоку F, излучения с длиной волны Ajj . Для других длин волн Я( изображения входного растра смещены относительно матричного фо55 топриемника 8, элементы которого вырабатывают фототоки 1 и , причем всегда l if, что обуславливается структурой входного растра 2. Поэтому в блоке 9 вычитания электрических сигналов пульсирующие фототоки, соответствующие световым потокам F,- с длинами волн Д. , имеют ампли- туду l - I 0, далее усиливаются и на регистрирующей системе 7 сигнала не дают. Таким образом, при сканировании спектра в каждый момент времени регистрируется только од«а спектральная составляклдая исследуемого излучения, соответствующая текущей длине волны настройки Я„ .

Растровый спектрометр позволяет увеличить чувствительность и точност спектрометрических измерений путем исключения влияния частотного шума приемника из.пучения и устойчивости работы за счет того, что модуляция осуществляется без подвижных механических элементов. Формула изобретения

Растровый спектрометр, содержащий оптически связанные и последовательно установленные осветительную систему, неподвижный входной растр, состоящий из чередующихся прозрачных

5

0

5

и непрозрачных элементов, коллиматор- ньй объектив, диспергирующую систему, фокусирующий объектив и приемную систему, снабженную фотоприемником, а также регистрирующую систему, соединенную с приемной системой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, фотоприемник приемной системы выполнен в виде матричного многоэлементного фотоприемника, при этом приемная система дополнительно содержит блок вычитания электрических , снабженный двумя входами, матричный многоэлементный фотоприемник установлен в плоскости изображения неподвижного входного растра, элементы матричного фотоприемника соединены в две группы, соответствующие изображениям прозрачных и прозрачных элементов неподвижного входного растра и каждая из групп соединена с одним из входов блока вычитания электрических сигналов, а выход блока вычитания электрических сигналов соединен с выходом приемной системы.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью,изобретения является повьшение чувствительности и точности измерений. Излучение исследуемого объекта проектируется на неподвижный входной растр, состоящий из прозрачных и непрозрачных элементов. Изображение входного растра через коллиматор, диспергирующий элемент и фокусирующий объектив в монохроматическом свете проектируется на матричный многоэлементный фотоприемник. Элементы матричного фотоприемника, связанные с изображениями прозрачных элементов входного растра, соединены в одну группу, а элементы, связанные с изображениями непрозрачньк элементов, соединены в другую группу. Каждая из групп подключена к соответствующему входу блока вычитания электрических сигналов. С выхода блока вычитания разностный сигнал поступает в регист- рирую1цую систему. Спектрометр позволяет исключить влияние частотного щума приемника излучения и устойчивости работы за счет того, что модуляция осуществляется без подвижных механических элементов. 1 ил. с (Л

г J. I

I т

Редактор Н..Тупица

Составитель С. Иванов Техред .Ходанич

Заказ 5112/4СТираж 775

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г..Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Зимокосов

Подписное