Растровый спектрометр

 

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 регистрирую1цую 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

COOS СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51)4 С 0

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (ъ 1ср (54) РАСТРОВЫЙ СПЕКТРОИЕТР

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4006614/31-25 (22) 14.01. 86 (46) 23. 10. 87. Бюл. К 39 (71) Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии и Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В.В. Гуд, В.M. Красавцев, С.Н. Лысенков,В.Д. Прилепских, А.Н. Сандаков, А.Н. Семенов, К.Н. Чиков и В.Б, Шлишевский (53) 535.853 (088,8) (56) Патент Франции )) 1546481, кл. С 01 J 3/.12. 1966.

Патент США У 3211048, кл. G 01 J 3/12, 1973. (57) Изобретение относится к оптичес. кому спектральному приборостроению.

Целью, изобретения является повышение 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 иэображениями прозрачных элементов входного растра, соединены в одну группу, а элементы, связанные с изображениями непрозрачных элементов, соединены в другую группу. Каждая из групп подключена к соответствующему входу блока вычитания электрических сигналов. С выхода блока вычитания разностный сигнал поступает в регистрирующую систему. Спектрометр позволяет исключить влияние частотного шума приемника излучения и устойчивости работы за счет того, что модуляция осуществляется без подвижных механических элементов. 1 ил.

13

Изобретение относится к оптическо му спектральному приборостроению.

Цель изобретения — повышение чув ствительности и точности измерений.

На чертеже изображена схема растрового спектрометра.

Спектрометр содержит осветительную 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 переключа тель 10, усилитель 11 переменного тока и детектор 12.

Входной растр 2 установлен в фокальной плоскости коллимарного объектива 3 и состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных элементов, распределенных по полю, например, в соответствии с распределением положительных и отрицательных единиц в строках и столбцах матрицы Адамара.

Матричный 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 скоммутированы в две группы в соответствии с прозрачными и непрозрачными элементами входного растра 2 и подключены к входам блока 9 вычитания электрических сигналов,в котором последовательно соединены переключатель 10 электрических сигналов, усилитель 11 переменного тока и детектор t2. 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

46953 2

1 направляется на входной растр 2.

Пройдя прозрачные элементы растра 2, излучение попадает на коллиматорный

5 объектив 3 и параллельным пучком посылается на диспергирующую систему

4, которая осуществляет пространственное разделение света по длинам волн. Паралллельные диспергированные пучки попадают на фокусирующий объектив 5 и собираются в его фокальной плоскости, строя ряд смещенных относительно друг друга в направлении дисперсии монохроматических изображений входного растра 2. Сканирование спектра осуществляется разворотом диспергирующей системы 4. При этом . в каждый момент времени с матричным фотоприемником 8 точно совпадает только одно изображение входного растра 2, соответствующее некоторой длине волны настройки Л, Элементы матричного фотоприемника 8 преобразуют энергию излучения в

2б электрический ток, причем фототоки отдельньгс элементов суммируются в со.ответствии с их подключением, т.е. на выходе матричного фотоприемника

I действуют два фототока: I . . — †суммарный фототок от элементов фотоприемника 8, соответствующих прозрачным элеЗО х ментам входного растра, и I — сум" марный фототок от элементов фотоприемника 8„ соответствующих непрозрачным элементам входного растра 2. При

ЗБ этом для длины волны А, фототок I, = 0 (без учета темнового тока, одинакового для обоих случаев).

Фототоки 1, и I поступают на входы блока 9 вычитания электрических сигналов., a котором осуществляется их преобразование в пульсирующий электрический сигнал с амплитудой

3 пропорциональной разности I — I

Е,, и требуемой частотой (до де<б сятков килогерц).

Пульсирующий сигнал далее усиливается и детектируется в .блоках 11 и

12 и поступает на регистрирующую систему 7 в виде постоянного элект50 рического сигнала, пропорционального световому потоку Р, излучения с длиной волны il . Для других длин волн 1< изображения входного растра смещены стносительно матричного фотоприемника 8 элементы которого вы9

1 Я. рабатывают фототоки Е. и I, при2 1 чем всегда I. = I,, что обуславливается структурой входного растра 2, Поэтому в блоке 9 вычитания электриз 13469 ческих сигналов пульсирующие фототоки, соответствующие световым потокам

F . .с длинами волн Д. имеют ампли-:

1 Э туду I: — I. = О, далее усиливаются

Б и на регистрирующей системе 7 сигнала не дают. Таким образом, при сканировании спектра в каждый момент времени регистрируется только одна спектральная составляющая исследуемого излучения, соответствующая текущей длине волны настройки

Растровый спектрометр позволяет увеличить чувствительность и точность спектрометрических измерений путем исключения влияния частотного шума приемника излучения и устойчивости работы за счет того, что модуляция осуществляется беэ подвижных механических элементов. и непрозрачных элементов, коллиматорный объектив, диспергирующую систему, фокусирующий объектив и приемную систему, снабженную фотоприемником, а

1 .также регистрирующую систему, соединенную с приемной системой, о т л и " ч а ю шийся 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 сигналов, снабженный двумя входами, матричный многоэлементный фотоприемник установлен в плоскости изображения неподвижного входного растра, элементы матричного фотоприемника соединены в две группы, соответствующие изображениям прозрачных и не прозрачных элементов неподвижного входного растра и каждая из групп соединена с одним из входов блока вычитания электрических сигналов, а выход блока вычитания электричес ких сигналов соединен с выходом при емкой системы.

Формула изобретения

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

1г Д

Т

Составитель С. Иванов

Техред M.Ходанич

Корректор А. Зимокосо в

Редактор Н..Тупица

Тираж 775

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 5112/4Ñ

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