Растровый спектрометр с селективной модуляцией

Авторы патента:

G01J3/12 - получение спектров; монохроматоры

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ЗСЮ G 01 J 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9 (61) 968629 (21) 3535536/24-25 (22) 10.01.83 (46) 23.12.84.Вюл.Р 47 (72) В Л. Шлишевский (71) Новосибиоский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки: и картографии (53) 535.853(088.8) (56) 1.Автооское свидетельство, СССР ,Р 968629, кл.G 01 J 3/12, 1982. (54) (57) РАСТРОВЬ?Й CIIEKTPOMETP С СЕЛЕКТИВНОИ МОДУЛЯЦИЕЙ по авт. св.

9996688662299, о тлич ающийся тем, что, с целью повьппения его чувствительности и точности измерений при неравномерной освещенности поля выходного растра, расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элемен "тов растров выполнены неодинаковыми по высоте, поичем высота элементов от одного ряда к другому обратно пропорциональна средней освещенности вдоль этих рядов.

747

1 1 1ЗО

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

По основному авт.св. У 968629 известен растровый спектрометр с селективной модуляцией, используемый для 10 проведения точных спектрометрических изме6ений, 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 сос- щ .тоят из одинакового числа прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов, которые расположены по полю растров в соответствии с положительными и отрицательными элементами в строках25 и столбцах матрицы Адамара, причем прозрачный элемент растра соответствует отрицательному элементу матрицы. Расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных пря- 30 моугольных элементов растров выполнены одинаковыми по высоте.

Такое выполнение растров при усло-. вии совершенно равномерной освещенностч по полю выходного растра обеспечивает получение аппаратной функции спектрометров без побочных максимумов,что повышает чувствительность и точность спектрометрических измерений (1) .

Однако в известном приборе освещенность по полю выходного растра не может быть строго равномерной изза наличия аберраций оптической системы, виньетирования наклонных пуч- 45. ков неточностей юстировки осветительl ной системы неравномерной яркости по поверхности исследуемого .источника и т.д.

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 обратно 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 3вЂ” растры с неодинаковыми по высоте рядами прозрачных и непрозрачных элементов на фиг. 4 вЂ” 7 вЂ” примеры не3 равномерного распределения освещенности поля выходного растра на фиг. 8 и 9 вЂ” 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 8, 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 строках истолбцах частиматрицы

Адамара 61.

Ряды прозрачных и непрозрачных элементов растров выполнены неодинаЮ ковыми по высоте в направлении дисперсии (фиг.2 и 3). Высота каждого ряда обратно пропорциональна средней освещенности вдоль ряда.

В результате в контуре аппаратной 50 функции спектрометра появляются остаточные побочные максимумы которые снижают чувствительность и точность спектрометрических измерений.

Цель изобретения вЂ” повышение чуве 55 ствительности и точности измерений спектрометра при неравномерной осве щенности поля выходного растра.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника проходит через прозрачные элементы входного растра 1 попадает на кол3 лиматорный объектив 2 который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 3. Раздоженное в спектр излучение попадает

3 1ЗО на фокусирующий объектив 4 который строит ряд смещенных одно относительно другого монохроматических изображений входного растра на выходном растре 5. Из всех изображений только одно1 соответствующее длине волны настройки Я > в точности совпадает

0 с выходным растром. Для этой длины волны величина проходящего через выходной растр светового потока Г io пройорциональна общему числу прозрачных элементов в растре. Для других длин волн ф световой поток F зна1 чительно меньше и пропорционален числу взаимно совпадающих элементов выходного растра и части смещенного относительно его изображения входного растра. В свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, световые потоки для длин волн % и %; равны соответственно F =0 и F 0

Проходящий и отраженный потоки

F1 и F2 зеркальными объективами 6 и

7 направляются на вращающийся модулятор 8 с зеркальными ламелями. При 25 вращении модулятора 8 в приемно-регистрирующую систему 9 поочередно поступают световые потоки, прошедшие через растр 5 и отраженные от него.

Приемно-регистрирующая система на.строена на частоту модуляции и регистрирует разность (Г;Г =Г, +(Г; -F„) =Г,.

Сканирование спектра осуществляет35 ся разворотом дифракционной решетки, 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 представлен747 4 ному на фиг.6. а в общем случаевЂ” на фиг.7.

В случае распределения освещен.ности, представленного на фиг.б,освещенность вдоль каждого ряда сохраняется постоянной, а от ряда к ряду изменяется в соотчошении 0,7; 0,8;

0,9; 1,О; 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 соответствующая емуаппаратная 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 соотношением 0,700: 0,771 : 0,814

829 : 0,814,0,771 : 0,700, поэтому высота рядов в растрах изменяется в соотношении 1;184 : 1 074

1,018 ". 1,000 : 1,018 : 1,074 :1,184 (фиг.3j. Соответствующая аппаратная функция изображена на фиг.5 и имеет среднеквадратичный уровень побочных максимумов примерно в 2,6 раза меньше, чем аппаратная функция известного спектрометра (фиг.9).

В предложенном спектрометре побочные максимумы в контуре аппаратной функции существенно уменьшены или устранены полностью эа счет того,что расположенные в направлении дисперсии ряды прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов растров выполнены неодинаковыми по высоте, причем высота рядов обратно пропорциональна средней освещенности вдоль рядов.

1!3074у

ll30747

1,93

1,25

1!1

111

1,25

143

Фиг. 2

11о

107

102