Растровый спектрометр Советский патент 1991 года по МПК G01J3/12 

Выходная растровая диафрагма 6 выполнена в виде пар строк, причем верхняя строка идентична изображению верхней строки входной растровой диафрагмы, а нижняя строка выполнена из последовательности N прозрачных и непрозрачных элементов, причем каждому прозрачному элементу верхней строки соответствует непрозрачный элемент нижней строки, а каждому непрозрачному элементу верхней строки соответствует прозрачный элемент нижней строки.

Растровый спектрометр работает следующим образом.

Фильтр 1, который может быть выполнен в виде предмонохромаюра или набора фильтров, пропускает излучение в исследуемом спектральном диапазоне фильтров. Это излучение поступает на входную растровую диафрагму 2, расположенную в фокальной плоскости коллимирующего объектива 3, и, пройдя через коллимирую- щий объектив 3, параллельными пучками падает на диспергирующий элемент 4.

Разложенное в спектр излучение фокусирующим объективом 5 направляется на выходную растровую диафрагму 6 и далее поступает на приемно-регистрирующую систему 7.

Одновременно со сканированием спектра диспергирующим элементом 4 изображение входной диафрагмы совершает периодическое возвратно-поступательное перемещение в направлении, перпендикулярном направлению дисперсии прибора. При поступлении в прибор монохроматического излучения приемно-регистрирующая система 7 регистрирует максимальное значение сигнала при совпадении изображения входной растровой диафрагмы 2 с выходной растровой диафрагмой 6. Смещение изображения входной растровой диафрагмы 2 в процессе сканирования приводит к возникновению сигнала, пропорционального величине побочных максимумов аппаратной функции кода, который может быть принят за полезный сигнал. При региетра- ции исследуемого спектрального диапазона ДА наличие побочных максимумов в аппаратной функции кода растра неизбежно создает погрешности в изменении интенсивности спектра, которые могут достигать, например, при использовании диафрагмы с 53 элементами 20%.

Погрешность измерения интенсивности спектра с ростом величины побочных максимумов увеличивается в зависимости от вида спектра (сплошной или линейный).

Спектральный диапазон ДА фильтра 1 связан с последовательностью расположения прозрачных и непрозрачных элементов в верхней строке входной и выходной рас- тровой диафрагмы и определяется из условия

где

пе

Амакс (п)/П N 1 A (n)/n - NкУЙ

г (dl . ДА,

Г Idl 31 1

0)

И+СЖ.М-Л

N + (dA 5A VJ

A(n) - аппаратная функция кода (последовательности прозрачных и непрозрачных элементов) растровых диафрагм; п-аргумент аппаратной функции(число перемещений изображения входной диафрагмы по выходной диафрагме);

А макс(п) величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции кода диафрагмы;

A(n) - величина главного максимума аппаратной функции

N - число прозрачных и непрозрачных элементов в строке диафрагмы; К коэффициент повышения точности,

К 1;

dl/dA- линейная дисперсия спектрометра;

(ЗА - линейный предел разрешения спектрометра.

Аппаратная функция кода растра в устройстве имеет небольшие побочные максимумы в иследуемом диапазоне, соответствующем ДА , таким образом, снижается погрешность интенсивности спектра.

Пример. Спектрометр построен по оптической схеме Пфунда. В качестве объектива выбран зеркальный объектив с fo61 300 мм. Предмонохроматор выделяет ДА 6 нм на длине волны А 535 нм. Диспергирующим элементом служит отражательная решетка с Np 450 штрихов/мм. Фотоприемником служит ФЭУ-100.

Линейный предел разрешения спектро- метра дХ 0,081 мм, линейная дисперсия dl/dA 0,135 мм/нм.

Пусть число элементов растра (27 прозрачных и 26 непрозрачных), а ,7, тогда необходимо найти такую последова- тельность прозрачных и непрозрачных элементов, чтобы выполнялось условие (1):

Амзкс (п)/п Ф 53 1 А(п)/п 53 3,7

С помощью ЭВМ юыд найден код растра:

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - снижение погрешности измерений в k раз в спектральном диапазоне ДА. Излучение, пройдя спектральный фильтр с областью пропускания ДА , попадает в растровый спектрометр с растрами, состоящими из пар верхней и нижней строк с рабочими элементами, выполненными в виде прозрачных и непрозрачных прямоИзобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - снижение погрешности измерений в К раз в спектральном диапазоне Дл. На фиг. 1 показана структурная схема растрового спектрометра; на фиг. 2 - вид входного и выходного растров; на фиг. 3 - график аппаратной функции с N 53. Растровый спектрометр содержит фильтр 1, ограничивающий участок спектра ДА ; входную растровую диафрагму 2, коллимирующий объектив 3, диспергирующий узел 4, фокусирующий объектив 5. выугольников. Во входном растре нижняя строка выполнена непрозрачной. Меньшая сторона прямоугольников рабочих элементов растров кратна линейному пределу разрешения Последовательность расположения рабочих элементов в верхней строке входного и выходного растров удовлетворяют условию Амакс(п)(п) 14ЦУМ). где -(dl/dA ДА/ЗА-1); N 4-(dl/dA ДА/дА-1); A(n) - величина главного максимума аппаратной функции; А Макс(п) - величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции; п - аргумент аппаратной функции; N - число прозрачных и непрозрачных элементов в строке растра; dl/dA - линейная дисперсия спектрометра. Такое расположение рабочих элементов в растре позволяет снизить погрешность измерения интенсивности монохроматических компонент в заданном диапазоне до 1-2%. 3 ил. ходную растровую диафрагму 6, приемно- регистрирующую систему 7. Растровая входная диафрагма 2 выполнена в-виде пар строк: причем верхняя строка состоит из последовательности (кода) N прозрачных и непрозрачных элементов, ширина элемента равна линейному пределу разрешения спектрометра (5А , а высота зависит от конструкции прибора. Элементы выполнены в виде, щелей, нормальных к плоскости дисперсии спектрометра. Нижняя строка выполнена непрозрачной. Объективы 3 и 5 имеют одинаковые фокусные расстояния. Ё О OJ о о Ю ел

10001011011110010101111010011000010111011001000111000,

для которого аппаратная функция при дискретности в один разрешаемый интервал (5А 0,081 мм в диапазоне ± 9 (5 А по обе стороны от главного максимума равна (фиг. 2):

0,00; 0,000; 0,000; 0,000; -0,037; 0,000;

-0,037, -0,037; -0,037; 1.000;

0,000; 0,000; 0,000; 0,000; -0.037;

-0,037; 0,000; +0,037; +0,037

Т.е. условие (1) выполняется.

Для проверки снижения погрешности при использовании полученного растра было проведено математическое моделирование прохождения излучения через спектрометр для значений в диапазоне ДА , взятых с дискретностью равной спектральному пределу разрешения и равных 0; 50; 30; 100; 0; 70; 70; 0; 70; 0 относительных единиц.

Математическое моделирование спектра, которое обеспечивает растр с предлагаемым порядком расположения прозрачных и непрозрачных элементов, позволяет снизить погрешность измерения интенсивности монохроматических компонент излучения в заданном диапазоне до 1-2%.

Формула изобретения

Растровый спектрометр, содержащий оптически связанные входной растр, колли- мирующий объектив, диспергирующий узел, фокусирующий объектив, выходной растр и приемно-регистрирующую систему, каждый из растров состоит из по крайней мере одной пары верхней и нижней строк с рабочими элементами, выполненными в виде прозрачных и непрозрачных прямоугольников, большая сторона которых нормальна к плоскости дисперсии спектрометра, а меньшая сторона кратна линейному пределу разрешения, при этом нижняя сторона входного растра выполнена непрозрачной, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерений в К раз в спектральном диапазоне ДА , он дополнительно содержит спектральный фильтр с областью пропускания ДА , размещенный перед входным растром, нижняя строка выходного растра негативна по отношению к верхней строке входного и выходного растров удовлетворяет условию:

Амакс (п)/П У № 1

A(n) к VN

где AMaKc(n) - величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции; A(n) - величина главного максимума аппаратной функции;

dl ДА

пе N - | , ,. L IdA оА

- 1

N

dl ДА

+ -HL . Д - 1 И + dA 5А 1 J

п - аргумент аппаратной функции или число перемещений изображения входного растра по выходному;

N - число прозрачных и непрозрачных элементов в строке растра;

dl

-г- - линейная дисперсная спектромет- d A

ра;

.5А - линейный предел разрешения спектрометра.

I I I I kblb II

A(n}/Atn)/n-53

7

KSf 1

W

I I I I

III

Фиг г