Спектрометр Советский патент 1988 года по МПК G01J3/12 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения - повышение точности определения длин волн и разрешающей способности.

На фиг.1 представлена функциональная схема спектрометра; на фиг.2 -, схема кодирующей маски и ее связь с другими блоками устройства.

Спектрометр содержит входную диафрагму 1, первый зеркальньй объектив 2, дифракционную решетку 3, второй зеркальный объектив 4, уголковый от

вому размеру щели входной диафрагмы I. В плоскости входной диафрагмы 1 строится изображение кодирующей маски 6, размер которого равен размеру изображения одного элемента электромеханического модулятора (без учета искажений, вносимых оптической системой). Выходящее из спектрометра излучение падает на фотоприемник 7. Для того, чтобы изображение кодирующей маски в плоскости входной диафрагмы 1 не совпадало со щелью, оптические оси монохроматических; пучков, отра

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повьшение точности определения длин волн и разрешающей способности. Излучение от объекта проходит входную диафрагму, коллимируется первьп зеркальным объективом и попадает на дифракционную решетку. Веер дифрагированных лучей фокусируется вторым объективом на кодирующую маску, установленную между отражающими поверхностями уголкового отражателя, и с помощью второго объектива, решетки и первого объектива выводится на фотоприемник. Сигнал с фотоприемника через усилительно- измерительную схему поступает в счетно-решающее устройство. Кодирующая маска имеет изогнутые лепестки, закрепленные одним концом на поверхности прозрачной диэлектрической пластины. На противоположную поверхность пластины нанесено прозрачное проводящее покрытие. Каждый лепесток маски соединен через коммутатор с потенциальным выходом блока питания. Прозрачное проводящее покрытие соединено с нулевым выходом блока питания. БЛОК управления, соединенный с коммутатором, формирует команды в соответствии со строками кода Адамара, которые управляют открытием или закрыти-. ем лепестков кодирующей маски. За счет использования электромеханического модулятора исключается механическое устройство перемещения маски, уменьщается динамическая ошибка определения ДЛИН ВОЛН и уменьшаются габариты кодирующего узла. 2 шт. i (Л со О) 00 СП о:

20

30

ражатель 5, кодирующую маску 6, фото- 15 жекных от объектива 4, до кодирующей приемник 7, усилительно-измерительную схему 8, счетно-решающее устройство 9, блок 10 управления, устройство 11 управления кодирующей маской, содержащее коммутатор 12 и блок 13 питания.

Спектрометр работает следующим образом.

Излучение от объекта фокусируется внешней оптической системой (не пока- 25 зана) в плоскости входной диафрагмы 1 и расходящимся пучком направляется на первый зеркальный объектив 2, которым коллимируется и, отразившись от него, попадает на дифракционную ,. решетку 3. Последняя разлагает излучение сложного состава на спектральные составляющие, которые, отразившись от нее, веером монохроматических пучков направляются на второй зеркальный объектив. 4. Монохроматические пучки, предварительно отразившись от первой грани уголкового отражателя 5, объективом 4 фокусируются в виде монохроматических изображений входной щели в плоскости кодирующей маски 6. Кодирующая маска представляет собой линейку электромеханических модуляторов света (фиг.2). Общая дпина линейки модуляторов равна длине спектра, а высота его высоте. Ширина одного модулятора определяется размером монохроматического изображения входной диафрагмы 1. Излучение, прошедшее кодирующую маску 6, второй гранью уголкового отражателя 5 вновь направляется расходящимся пучком на зеркальный объектив 4, которым коллимируется и направляется в обратном направлении по пути падающего излучения, при этом происходит вычитание дисперсии, т.е. веер монохроматических пучков приводится к одному угловому размеру, соответствующему угло35

40

45

50

55

маски и после нее разведены относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции решетки, на небольшой угол, практически не влияющий на качество изображения .

За исходное состояние модуляторов,, в зависимости от выбранной циклограммы работы прибора, может быть принято любое из двух: все модуляторы или открыты, или закрыты. В первом случае через кодирующую маску 6 проходит все упавшее на нее излучение, а во втором случае полностью задерживается. Выбирают за исходное состояние открытое положение модуляторов. В этом случае реализация заданного кода производится путем закрывания некоторого числа модуляторов в соответствии с выбранным кодом. Закрывание модуляторов производится с Помощью приложения к ним электрического поля. Снятие поля позволяет приводить модуляторы в исходное состояние. Таким образом, по заранее разработанной программе может быть реализован выбранный код, т,.е. определен порядок и количество модуляторов, находящихся в данный момент времени в открытом или закрытом состоянии.

Эта операция осуществляется при помощи устройства 11, включающего коммутирующее устройство 12 и блок 13 питания, а также блока 10 управления и счетно-решающего устройства 9. В первый момент коммутирующее устройство 12 снимает напряжение со всех модуляторов (положение модуляторов открытое). Затем блок 10 управления формирует команды для каждого модулятора согласно первой строке кода и выдает их на коммутирующее устройство 12. Последнее подключает потенциальный выход блока питания на моду0

0

5 жекных от объектива 4, до кодирующей

5

5

0

5

0

5

маски и после нее разведены относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции решетки, на небольшой угол, практически не влияющий на качество изображения .

За исходное состояние модуляторов,, в зависимости от выбранной циклограммы работы прибора, может быть принято любое из двух: все модуляторы или открыты, или закрыты. В первом случае через кодирующую маску 6 проходит все упавшее на нее излучение, а во втором случае полностью задерживается. Выбирают за исходное состояние открытое положение модуляторов. В этом случае реализация заданного кода производится путем закрывания некоторого числа модуляторов в соответствии с выбранным кодом. Закрывание модуляторов производится с Помощью приложения к ним электрического поля. Снятие поля позволяет приводить модуляторы в исходное состояние. Таким образом, по заранее разработанной программе может быть реализован выбранный код, т,.е. определен порядок и количество модуляторов, находящихся в данный момент времени в открытом или закрытом состоянии.

Эта операция осуществляется при помощи устройства 11, включающего коммутирующее устройство 12 и блок 13 питания, а также блока 10 управления и счетно-решающего устройства 9. В первый момент коммутирующее устройство 12 снимает напряжение со всех модуляторов (положение модуляторов открытое). Затем блок 10 управления формирует команды для каждого модулятора согласно первой строке кода и выдает их на коммутирующее устройство 12. Последнее подключает потенциальный выход блока питания на моду

31

ляторы, которые в соответствии с кодом должны закрыться и задержать излучение. Однбвременно блок 10 управления вьщает команду в счетно- решающее устройство 9 на регистрацию выходного сигнала фотоприемника 7. Закодированный оптический сигнал, прошедший через оптическую систему спектрометра, облучает чувствитель- ную площадку фотоприемника 7, на выходе которого возникает электрический сигнал, пропорциональный световому потоку. Выходной сигнал фотоприемника 7 усиливается усилителем 8 и запоминается в соответствующей ячейке памяти счетно-решающего устройства 9, которое после приема сигнала фотоприемника 7 информирует об этом блок 10 управления. Последний формирует команды в соответствии со следующей строкой кода, и процесс измерения повторяется. Таким образом формируются и остальные строки кода и регистрируются соответствующие им выходные сигналы фотоприемника 7. После окончания цикла измерения счетно-решающее устройство 9 производит вычисления элементов математической матрицы, из которой получен код, т.е. осуществляет процесс декодирования. Для декодирования кодов Адамара выходным сигналам фотоприемника 7 присваиваются знаки первой строки соответствующей математической матрицы и производится их алгебраическое сложение. Для получения второй строки матрицы знаки первой строки сдвигаются на один шаг, т.е. первому значению выходного сигнала присваивается знак последнего, второму - первый и т.д. За счет циклической перестановки можно получить все строки Адамара. В результате алгебраического сложения строк матрицы Адамара на выходе счетно-решающего устройства 9 формируется столбец- матрица значений, соответствующих мощности монохроматических пучков спектрометра.

Циклический ортогональный код, каким является код Адамара, может быть сформирован с помощью сдвиговых регистров, входящих в состав блока 10 управления. В этом случае формируется последовательность, соот ветствующая первой строке кода, а для получещ1я последующей строки предыдущая сдвигается на один шаг.

5

0

5 о

С применением линейки электромеханических модуляторов света в качестве кодирующей маски, длина которой в два раза меньше длины известной кодирующей маски, исключается ческое шаговое устройство перемещения маски, динамические ошибки определения длин волн выделяемого спектрометром спектрального диапазона, повьш1ается разрешение, уменьшаются габариты и упрощается конструкция кодирующего узла прибора.

Линейки электромеханических модуляторов можно использовать для реализации не только кодов Адамара, но и других, применяемых в оптико-электронных приборах, а также в спектрометрах с двумя кодирующими масками, одна из которых установлена во входной диафрагме, а другая в промежуточной. Б этом случае увеличивается светосила прибора и появляется возможность измерения спектральных характеристик отдельных участков источника излучения. По сравнению с известными конструкциями спектрометров с двумя кодирующими масками исключается два механизма их перемещения.

Ф

ормула изобретения Спектрометр, содержащий оптически связанные входную диафрагму, первый зеркальный объектив, дифракционную решетку, второй зеркальный объектив, уголковый отражатель с кодирующей маской, установленной между отражающими поверхностями уголкового отражателя, и фотоприемник, а также усилительно-измерительную схему, соединенную с фотоприемником, счетно-решающее устройство, соединенное с усилительно-измерительной схемой и блоком управления, устройство управления

кодирующей маской, соединенное с кодирующей маской и блоком управления, отлич ающийся тем, что, с целью повьпления точности определения длин волн и разрешающей способности, устройство управления кодирующей маской выполнено в виде коммутатора и блока питания, снабженного потенциальным и нулевым выходами, кодирующая маска вьтолнена в виде ряда

изогнутых лепестков, закрепленных одним концом на поверхности прозрачной диэлектрической пластины, на противоположную поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покры

513686606

тие, причем каждый лепесток кодирую тор, а прозрачное проводящее покры- щей маски соединен с потенциальным тие соединено с нулевым выходом бло- .выходом блока питания через коммута- ка питания.

ikbdH:..

т; гг. I

UY4J

10

в

cpue.i

/(Z

гг. I

UY4J