Спектрометр оптического излучения Советский патент 1988 года по МПК G01R23/17 

Изобретение относится к устройст-j вам оптической обработки информации и предназначено для использования в оптико-электронной измерительной тех-

нике,

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия спектрального анализа участков оптического изображения, их произвольной последовательности и совокупности.

На чертеже представлена структурная схема устройства, 1 Устройство содержит растровую диафрагму 1 ввода, вьшоненную в виде пучка п одинаковых отрезков одномодо- вых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде ахроматических линз, дифракционную решетку 4, блок п матричных фотоприемников 55 блок 6 управления и индикации, который может содержать, в частности, блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8„ На чертеже показан также, анализируемый светящийся транспа- : рант 9.

Входные торцы пучка волокон 1 сов- мещены с участками изображения на транспаранте 9. Выходные тортда воло- кон распределены по поверхности кол- лимационного объектива 2. Дифракционная решетка 4 расположена между коллимационными линзовыми объективами 2 и 3. Блок п матричных фотоприемников 5, оптические окна которых ориентиро- ааны на торцы соответствуюпщх п волокон так, что первая ячейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе, 2, расположен в выходной плоскости второго объектива 3. Выходы всех фотоприемников соединены с блоком 6 управления и индикации, в частности с входа т блока 7 мультиплексоров .7, управляющий вход и выход которого подключен к ЭВМ 8,

Спектрометр оптического излучения работает следующим образом.

Изображение участков анализируемого светящегося объекта 9, совмещенного с входным торцом определенного отрезка оптического волокна растррвой диафрагмы 1 проецируется ахроматическим линзовым коллимационным объективом 2 на дифракционную решетку 4, которая представляет собой спектральны прибор, разлагающий белый свет в спектр, причем каждая составляющая с длиной волны А отклоняется на свой

„

5

дифракционный угол cf. Второй ахроматический коллимационный линзовый объектив 3 осуществляет преобразование углового дифрак1:(ионного спектра / (tf) в пространственное распределение по оси, перпендикулярной штрихам дифракционной решетки 4, на входном окне соответствующего матричного фотоприемника блока 5 фот оприемников. Градуировка порядковьгх номеров ячеек этого фотоприемника в единицах длины волны (частоты) света ставит номер каждой ячейки фотоприемника в однозначное соответствие с определенной оптической частотой. При этом совмещение центра первой ячейки фотоприемника с центральной осью соответствукяцего отрезка оптического волокна обеспечивает работу фотоприемника только по положительным или только по отрицательным дифракционным максимумам. Фотоприемник преобразует излучение видимого диапазона в электрические сигналы и считывание их последовательно на свой вьпход, в выходном сигнале фотоприемника содержится информация о номере ячейки и ее содержимом, т.е. об определенной компоненте спектра изображения участка анализируемого объекта 9, совмещенного, с входным торцом соответствующего данному фотоприемнику отрезка оптического волокна растровой диафрагмы 1, Совокупность п отрезков оптических волокон диафрагмы 1 и п матричных фотоприемников 5 обеспечивает на выходах фотоприемников совокупности электрических сигналов, соответствукнцих спектру всей пе.рекрытой диафрагмы 1 поверхности анализируемого объекта 9,

Для исключения пересечения лучей от разных волокон при выходе из дифракционной рещетки 4 и расширения частотной полосы анализа расстояния между соседними торцами волокон в на- правлении, перпендикулярном штрихам дифракционной решетки выбираются не менее линейного размера одного фотоприемника в блоке 5, Для устранения модового астигматизма оптических лучей в волокнах 1 их следует изготовлять из одномодового волокна. Количество отрезков волокон .в пучке определяется условиями задачи анализа, наличием объективов 2 и 3 достаточного диаметра и может изменяться от единицы до величины отношения площади апертуры объектива 2 к удвоенной площади одного фотоприемника блока 5

Выполнение растровой диафрагмы 1 в виде пучка отрезков оптических во- локон при совмещении их торцов с анализируемыми участками изображения и использование одномодового волокна препятствует характерному для прототипа взаимному влиянию анализируемых участков и обеспечивает спектральный анализ отдельных участков изображения диаметром не более 10 мкм и частоту дискретизации оптического спектра, ограниченную только периодом дифрак- ционной решетки. Таким образом до сти- гается повышение точности спектрального анализа отдельных участков изображения. Электрические сигналы с выходов фотоприемников блока 5 поступают на входы блока 6 управления и индикации. Он представляет собой стандартное устройство, состоящее из коммутатора с выходным повторителем, блоков обработки, вьццеления и °упрйв- ления. Коммутатор обеспечивает последовательное считьшание сигнала с ячеек фотоприемников на выходной повторитель. Информационный сигнал обраба- тьшается блоками обработки и вьщеле- НИН сигнала методом двойной коррелированной выборки. Управление работой приемника, блоков обработки и выделения сигнала производится блоком управления,

Для обеспечения синхронной параллельной работы все п фотоприемников они могут быть объединены по цепям считьшания и стирания. Разрядные выходы фотоприемников подключены соот- ветственно к входам мультиплексоров 7, имеющих п входов и один выход, подключенный к входу ЭВМ 8. По команде ЭВМ блок 7 ьтультиплексоров коммутирует на свой выход один из п своих входов или произвольную их последовательность. По следующей команде загружается оперативная память ЭВМ и далее информация о спектре соответствующих участков изображения выво- дится на устройство отображения (дисплей, цифропечатающее устройство) ил производится его обработка по известному алгоритму.

В прототипе различным законам счи тьшания информации с участков изображения соответствуют различные законы распределения отверстий в растровых диафрагмах. Измен ение . закона считывания достигается заменой эталона, время которой значительно превышает время процесса анализа и фиксации ре-т зультатов. Синхронная регистрация спектра изображения п анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока п матричных фотоприемников, позволяет автоматизировать подключение того или иного участка,повышая быстродействие устройства по сравнению с- прототипом.

Формула изобретения

t

1, Спектрометр оптического излучения, содержащий оптически совмещенную последовательность растровой диафраг- мзл ввода, линзового коллимационного объектива, дифракционной решетки и. матричного фотоприемника, выход которого электрически соединен с блоком управления и индикации, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния точности и быстродействия спектрального анализа любых отдельных участков оптического изображения или их произвольной последовательности и совокупности, растровая диафрагма ввода выполнена в виде пучка п одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, одни торцы которых совмещены с участками анализируемого изображения, а противополож1ше размещены в плоскости линзового коллимационного объектива, выполненного в виде ахроматической линзы, с разрешением меяаду соседними торцами в направлении, перпендикулярном штрихам дифракционной решетки, не менее максимального размера оптического окна фотоприемника, и дополнительно введены совокупность из (п-1) матричных фотоприемников и вторая ахроматическая линза, входная плоскость которой оптически совмещена с выходом дифракционной решетки и размещена на расстоянии от/нее, обеспечивающем развертку дифракционного спектра по всему окну фотоприемника, а выходная плоскость совмещена с совокупностью матричных фотоприемников, оптические окна которых ориентированы на соответствуюпще торцы волокон так, что первая ячейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе, а электрические выходы (п-1) фотопрнемников также подключены к блоку управления и индикации.

5 309026

2. Спектрометр по п. 1, о т л и -которого соединен, с выходами фоточающийся тем, что в блок уп-приемников, а управляющий вход и выравления и индикации дополнительноход - с ЭВМ. введен блок fyльтиплeкcopoв, входы

Изобретение относится к области оптической обработки информации и предназначено для использования в оптико-электронной измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия спектрального анализа участков оптического изображения, их произвольной последовательности и совокупности. Спектрометр содержит растровую диафрагму 1 ввода, выполненную в виде пучка п одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде axiJo- матических линз, дифракционную решетку 4, блок п матричных фотоприемников 5, блок 6 управления и индикации, который может содержать блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8, анализируемьй светящийся транспарант 9. В прототипе различным законам считывания информации с участков изображения соответствуют различные эталоны распределения отверстий в растровых диафрагмах. Изменение закона считьшания достигается заменой эталона, время которой значительно превосходит время процес- G са анализа и фиксации результатов. Синхронная регистрация спектра изображения п анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока п матричных фотоприемников, позволяет ав - томатизировать подключение того или . иного участка, повьшая быстродействие устройства по сравнению с прототипом, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.