Растровый спектрометр
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, приемнорегистрирующую 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 J 3/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ 1
ПРИ ГКНТ СССР
1° (-., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.<(N — (lidË Var — 1);
N + (dl/d iL AiUh Л вЂ” 1) ):
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4448923/25 (22) 27.06.88 (46) 23.03.91. Бюл. N 11 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В, П. Вейко, Ю. В. Маркин, П. Н. Соболев, К. И. Тарасов, Ю. К. Тарасова и А. Т. Шакола (53) 535.853(088,8) (56) Тарасов К, И, Спектральные приборы,—
Л,: Машиностроение, 1977, с, 15.
Milan С. Optica Acta, 1975, 22, р. 867874. (54) РАСТРОВЫЙ СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения — снижение погрешности измерений в k раз в спектральномдиапазоне ЛА. Излучение, пройдя спектральный фильтр с областью пропускания Ail, 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 Ьл.
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 hil; входную растровую диафрагму 2, коллимирующий объектив 3, диспергирующий узел 4, фокусирующий объектив 5, вы. Ж 1636695 А1 угольников. Во входном растре нижняя строка выполнена непрозрачной. Меньшая сторона прямоугольников рабочих элементов растров KpaTHd линейному пределу разрешения. Последовательность расположения рабочих элементов в верхней строке входного и выходного растров удовлетворяют условию Айзакс(п)п й/A(n)/n=N1=
=1(i %).
А(п)/n=N — величина главного максимума аппаратной функции; А scarc(n)/и N — величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции; n — аргумент аппаратной функции; N — число прозрачных и непрозрачных элементов в строке растра; dl/(É— 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, приемнорегистрирующую систему 7.
Растровая входная диафрагма 2 выполнена е âèäå пар строк: причем верхняя строка состоит из последовательности (кода) N прозрачных и непрозрачных элементов, ширина элемента равна линейному пределу разрешения спектрометра д 1 . а высота зависит от конструкции прибора. Элементы
I выполнены в виде щелей, нормальных к плоскости дисперсии спектрометра. Нижняя строка выполнена непрозрачной. Объективы 3 и 5 имеют одинаковые фокусные расстояния.
1636695
40
55
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 предмонохроматора или набора фильтров, пропускает излучение в исследуемом спектральном диапазоне фильтров.
Это излучение поступает на входную растровую диафрагму 2, располо>кенную в фокальной плоскости коллимирующего объектива 3, и, пройдя через коллимирующий 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 регистрации исследуемого спектрального диапазона ЛЛ 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 ЛЛ фильтра 1 связан с последовательностью расположения прозрачных и непрозрачных элементов в верхней строке входной и выходной растровой диафрагмы и определяется из условия
А (n)/n = N (1) A(n) — аппаратная функция кода (последовательности прозрачных и непрозрачных элементов) растровых диафрагм;
n — аргумент аппаратной функции(число перемещений изображения входной диафрагмы по выходной диафрагме);
А макс(п)/и AN — величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции кода диафрагмы;
A(n)/n=N — величина главного максимума аппаратной функции
N — число прозрачных и непрозрачных элементов в строке диафрагмы, К вЂ” коэффициент повышения точности, К > 1, dl!d l. — линейная дисперсия спектрометра, д Л вЂ” линейный предел разрешения спектрометра.
Аппаратная функция кода растра в устройстве имеет небольшие побочные максимумы в иследуемом диапазоне, соответствующем ЛЛ, таким образом, снижается погрешность интенсивности спектра.
Пример. Спектрометр построен по оптической схеме Пфунда. В качестве объектива выбран зеркальный объектив с
foe = 300 мм. Предмонохроматор выделяет
ЛЛ= 6 нм на длине волны Л = 535 нм. Диспергирующим элементом служит отражательная решетка с Кр= 450 штрихов/мм.
Фотоприемником служит ФЭУ-100.
Линейный предел разрешения спектрометра д Л =0,081 мм, линейная дисперсия
dl/d Л = 0,135 мм/нм.
Пусть число элементов растра N=53 (27 прозрачных и 26 непрозрачных), а К=3,7, тогда необходимо найти такую последовательность прозрачных и непрозрачных элементов, чтобы выполнялось условие (1);
Амакс (и)/и < 53 1
А (п)/и = 53 3,7 43
1636695 тра:
10001011011110010101111010011000010111011001000111000, ма аппаратной функции;
25 " д
dl ЛЛ
С помощью ЭВМ юыд найден код рас для которого аппаратная функция при дискретности в один разрешаемый интервал дА= 0,081 мм в диапазоне + 9 дА 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 ЛЛ, взятых с дискретностью равной спектральному пределу разрешения и равных О; 50;
30; 100; О; 70; 70; О; 70; О 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, коллимирующий объектив, диспергирующий узел, фокусирующий объектив, выходной растр и и риемно-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 прямоугольни. ков, большая сторона которых нормальна к плоскости дисперсии спектрометра, а меньшая сторона кратна линейному пределу раз5 решения, при этом нижняя сторона входного растра выполнена непрозрачной, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерений в К раз в спектральном диапазоне Л)., он дополни10 тельно содержит спектральный фильтр с областью пропускания ЛЯ, размещенный перед входным растром, нижняя строка выходного растра негативна по отношению к верхней строке входного и выходного рас15 тров удовлетворяет условию: где AM «(n)/n=N — величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции;
А(п)/n=N — величина главного максиму3О n — аргумент аппаратной функции или число перемещений изображения входного растра по выходному;
N — число прозрачных и непрозрачных элементов в строке растра;
35 — — линейная дисперсная спектрометcl k ра; .Oil. — линейный предел разрешения спектрометра, 1636695
Фиг. 2 ®/юл /„» л
Редактор Л.Зайцева
Заказ 809 Тираж 336 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Мос еа, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
1 к и
Составитель С,Иванов
Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M,Ñàìáîðñêàÿ
