Растровый спектрометр с селективной модуляцией

Авторы патента:

БУХОНИН ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ШЛИШЕВСКИЙ ВИКТОР БРУНОВИЧ

G01J3/12 - получение спектров; монохроматоры

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

««968629 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 140481 (21) 3314819/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетвЂ”

Опубликовано 2 1082. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 23.10.82

И11М. Nn.

G 01 J 3/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК 535. 8 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.С.Бухонин и В.В.И1пишевский (71) Заявитель

Новосибирский институт инженеров геод и картографии (54) РАСТРОВЫЙ CIIEKTPOMETP С СЕЛЕКТИВНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к спектраль ному приборостроению.

Известны растровые спектрометры с селективной модуляцией, содержащие входной и выходной растры, объективы, диспергирующую систему, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему. Входной растр, как и выходной растр состоит иэ одинакового числа прозрачных и непрозрачных элементов гиперболической или круговой формы )1 .

Недостатком данных спектрометров является наличие значительных побочных максимумов в контуре аппаратной функции, что не позволяет регистрировать слабые линии на фоне сильных и приводит к ошибкам-при проведении спектрометрических измерений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектрометр, содержащий входной и выходной растры, состоящие из одинакового числа прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов, коллиматорный объектив, диспергирующую систему, фокусирующий объектив, систему исключения постоянной составляющей, приемно-регистрирующую систему, причем прозрачные и непрозрачные прямоугольные элементы расположены по полю растра хаотически (2).

Недостатком известного спектрометра является то, что побочные максимумы в контуре аппаратной функции не устранены полностью. Наличие даже небольших побочных максимумов ограничивает точность и чувствительность проводимых измерений. Кроме того, относительная величина побочных максимумов в данном случае обратно llpoпорциональна квадратному корню из общего числа элементов в растре и аппаратная функция, с достаточно малыми побочными максимумами, может быть получена лишь при большом числе .элементов в растре (до 80 000).Это значительно усложняет изготовление растров и делает невозможным их использование в средней и дальней ИК обпасти спектра, где щели достаточно широки и число элементов в растрах не может быть велико.

Целью изобретения является повы25 щенке точности и чувствительности измерений за счет полного устранения побочных максимумов В контуре аппаратной функции.

Укаэанная цель достигается тем, 30 что в растровом спектрометре с се968629

Г Ы) --ХЕ/Л Л / для растров, соответствующих матрицам G и G .

В свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, для длины волны $ световой поток F = О о в то время как для друг х волн попрежнему F„ k (k-l)p,„.-ф 4 или Г. k (k+

+1) / .„.-gg/4, так как ко ичество совпадающих прозрачных элементов не из меняется. Проходящий и отраженный потоки F è F (фиг. 5 и б) зеркальными объективами 6 и 7 направляются на вращающийся модулятор. 8 с зеркальными ламмелями. При вращении модулятора 8 в приемно-регистрирующую систему 9 поочередно поступают световые .потоки, прошедшие через растр 5 и отраженные от него. Приемно-регистрирующая система настроена на частоту .модуляции и регистрирует разность

Г, вЂ” Г = F + F„- вЂ” F„= F, т.е. только переменный сйгнал от светового потока с длиной волны йастройки д (фиг.7).

Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра, осуществляется разворотом дифракционной решетки.

Предлагаемый растровый спектрометр с селективной модуляцией позволяет

Растровый спектрометр с селективной модуляцией (фиг. 1) содержит входной растр 1, коллиматорный объектив 2, диспергирующую систему 3, фокусирующий объектив 4, выходной растр 5, систему исключения постоян.ной составляющей из объективов б и 7 и модулятора 8, приемно-регистрирую" щую систему 9. Диспергирующая система 3 представляет собой дифракционную решетку. Непрозрачные элементы выходного растра 5 выполнены зеркаль- 0 ными. Модулятор 8 имеет зеркальные ламмели. Непрозрачные и прозрачные элЕменты растров имеют прямоугольную форму и расположены по полю в соответствии с,+1 и вЂ”.1 в строках и столб 65 л ективной модуляцией, содержащем установленные по ходу пуча входной растр, коллиматорный объектив,диспергирующую систему, фокусирующий. объектив, выходной растр, систему исключения постоянной составляющей 5 и приемно-регистрирующую систему, причем входной и выходной растры состоят из одинакового числа прозрачных и непрозрачных прямоугольных элементов, непрозрачные и прозрач-10 ные прямоугольные элементы по полю входного и выходного растров расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами в строках и столбцах матрицы Адамара, . причем прозрачный элемент растра соответствует отрицательному элементу матрицы, а непрозрачный вЂ” положительному элементу матрицы.

Непрозрачные и прозрачные прямоугольные элементы могут быть расположены по полю входного и выходного растров в соответствии с положительными и отрицательными элементами части матрицы Адамара. 25

Такое расположение прозрачных и непрозрачных элементов по полю растров для любой длины волны, отличающейся от длины волны настройки,обес- печивает точное равенство числа взад, имно переналагающихся прозрачных элементов при сканировании по выходному растру позитивным и негативным изображениями входного растра, т.е. формирует аппаратную функцию без побочных максимумов.

На фиг. 1 показан вариант конкретного выполнения растрового спектрометра с селективной модуляцией; на фиг. 2 вЂ” примеры матрицы Адамара Н (8-го порядка) 1 на фиг.3 и 4- то же, 40 ее частей 6 и G (7-ro порядка) и растров, прозрачные и непрозрачные элементы, поля которых расположены в соответствии с -1 и +1 матриц Н, 5 и G на фиг. 5 вЂ” 7 вЂ” формирование45 аппаратной функции спектрометра без побочных максимумов (jt, вЂ” â€” длина волны излучения) ...ах матрицы Адамара Н (фиг. 2) или ее части 6. и G (фиг. 3 и 4).

Устройство работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника проходит прозрачные элементы входного растра 1, попадают на коллима(торный объектив 2, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 3. Разложенное в спектр излучение попадает на фокусирующий объектив 4, который строит ряд смещенных друг относительно друга монохроматических изобра. жений входного растра 1 на выходном растре 5. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки,1.д, в точности совпадает с выходным растром. Для этой длины волны величина проходящего через выходной растр светового потока

F пропорциональна числу прозрачных о элементов в растре. Если k вЂ” порядок матрицы, то Г . k(k-1)/2 для растров,, соответствующих матрице Н, и F k(k+

+1) /2 для растров, соответствующих матрицам G и G". Для других длин волн ) „. световой поток Г„пропорцио" нален числу взаимно совпадающих прозрачных элементов выходного. растра и части смещенного относительно его изображения входного растра для растров, соответствующих матрице )-(, и

k (k+1 ) у (у

968629

Формула изобретения повысить чувствительность и точность спектрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной функции,что выгодно отличает его от аналогичных приборов, В спектрометрах с хаотическими растрами чувствительность и точность измерений определяются величиной побочных Йаксимумов. В предлагаемом растровом спектрометре расположение элементов в растре таково, что в контуре аппаратной функции побочные максимумы отсутствуют в принципе и, таким образом, чувствительность и точность спектрометрических измерений определяются только приемно-регистрирующей системой.

Растровый, спектрометр с селективной модуляцией, содержащий установленные по ходу луча входной растр, коллиматорный объектив, диспергирующую систему, фокусирующий объектив, выходной растр, систему исключения постояннсй составляющей н приемнорегистрирующую систему, причем входной и выходной растры состоят из одинакового числа прозр нных и непрозрачных прямоугольных элементов, о.т л и ч а ю шийся тем, что с целью повышения точности и чувствительности измерений за счет полного устранения побочных максимумов в конвЂ” туре аппаратной функции, непрсзрачные и прозрачные прямоугольные элементы по полю входного и выходного растров расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами в строках и столбцах мат35 рицы Адамара, причем прозрачный элемент растра соответствует отрицательному элементу матрицы, а непрозрачный - положительному элема.нту матрицы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 1 546 481, кл. G 01 J, опублик. 22.11.68. 5 2. Патент Великобритании В 1 203 253 кл. G 2 S опублик. 15.07.70.

968629

Фиг.2

-1+1-1+1-1+/ - 1

+1-/-/+/+1 -1-/

-f-/+/+/-1-/+1

+1+1+/ -1-1-.1- 1

-/ i/-/-1+1-1+1

+1-1-1-1 1+1+1

-1 -1+1-/+/ -/+/

Фиг. З