Спектрометр оптического излучения

Спектрометр оптического излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области оптической обработки информации и предназначено для использования в оптико-электронной измерительной технике . Цель изобретения - повышение точности и быстродействия спектрального анализа участков оптического изображения, их произвольной последовательности и совокупности. Спектрометр содержит растровую диафрагму 1 ввода, выполненную в виде пучка п одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде axiJo- матических линз, дифракционную решетку 4, блок п матричных фотоприемников 5, блок 6 управления и индикации, который может содержать блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8, анализируемьй светящийся транспарант 9. В прототипе различным законам считывания информации с участков изображения соответствуют различные эталоны распределения отверстий в растровых диафрагмах. Изменение закона считьшания достигается заменой эталона, время которой значительно превосходит время процес- G са анализа и фиксации результатов. Синхронная регистрация спектра изображения п анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока п матричных фотоприемников, позволяет ав - томатизировать подключение того или . иного участка, повьшая быстродействие устройства по сравнению с прототипом , 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 д11 4 С 01 Е 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 4!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4181018/24-21 (22) 19.01.87 (46) 15. 10.88. Бюл. Р 38 (72) В.Ю.Севбо, A.В.Сидоров и Б.И.Сердюков (53) 621.317.757(088.8) (56) Оптико-электронные приборы для научных исследований. /Под ред.

Л.А.Новицкого, — М.: Машиностроение, 1986, с. 10.

Там же, с. 86 и 87. (54) СПЕКТРОМЕТР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области оптической обработки информации и предназначено для использования в оптико-электронной измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия спектрального анализа участков оптического иэображения, их произвольной последовательности и совокупности. Спектрометр содержит растровую диафрагму 1 ввода, выполненную в виде пучка и

„„Яо„„ 43О902 одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде ахроматических линз, дифракционную решетку 4, блок и матричных фотоприемников 5, блок 6 управления и индикации, который может содержать блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8, анализируемьп1 светящийся транспарант 9. В прототипе различным законам считывания информации с участков изображения соответствуют различные эталоны распределения отверстий в растровых диафрагмах.

Изменение закона считывания достигается заменой эталона, время которой значительно превосходит время процесса анализа и фиксации результатов.

Синхронная регистрация спектра изображения и анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока и матричных фотоприемников, позволяет автоматизировать подключение того или иного участка, повышая быстродействие устройства по сравнению с прототипом, 1 з.п. ф-лы, 1 пл. f430902

Изобретение относится к устройст- вам оптической обработки информации и предназначено для использования в оптико-электронной измерительной тех5 нике.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия спектрального анализа участков оптического иэображенин, их произвольной последователь-1О ности и совокупности.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит растровую диафрагму 1 ввода, выпоненную в виде пучка п одинаковых отрезков одномодо" вых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде ахроматических линз, дифракционную решетку 4, блок и матричных фото-20 приемников 5, блок 6 управления и индикации, который может содержать, в частности, блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8. Ha ÷åðòeæå показан также. анализируемый светящийся транспа- 25 рант 9.

Входные торцы пучка волокон 1 совмещены с участками изображения на транспаранте 9, Выходные торцы волокон распределены по поверхности коллимационного объектива 2. Дифракционная решетка 4 расположена между коллимационными линзовыми объективами 2 и 3. Блок и матричных фотоприемников

5 оптические окна которых ориентированы на торцы соответствующих и волокон так, что первая ячейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе 2, расположен в выходной 4 плоскости второго объектива 3. Выходы всех фотоприемников соединены с блоком 6 управления и индикации, в частности с входами блока 7 мультиплексоров .7, управляющии вход и выход кото-. 5 рого подключен к ЭВМ 8.

Спектрометр оптического излучения работает следующим образом.

Иэображение участков анализируемого светящегося объекта 9, совмещенного с входным торцом определенного отрезка оптического волокна растррвой диафрагмы 1 проецируется ахроматическим линзовым коллимационным объективом 2 на дифракционную решетку 4, ко-55 торая представляет собой спектральный прибор, разлагающий белый свет в спектр, причем каждая составляющая с длиной волны 1 отклоняется на свой дифракционный угол g . Второй ахроматический коллимационный линзовый объектив 3 осуществляет преобразование углового дифракционного спектра 3 (g) в пространственное распределение по оси, перпендикулярной штрихам дифракционной решетки 4, на входном окне соответствуяцего матричного фотоприемника блока 5 фотоприемников. Градуировка порядковых номеров ячеек этого фотоприемника в единицах длины волны (частоты) света ставит номер каждой ячейки фотоприемника в однозначное соответствие с определенной оптической частотой. При этом совмещение центра первой ячейки фотоприемника с центральной осью соответствующего отрезка оптического волокна обеспечивает работу фотоприемника только по положительным или только по отрицательным дифракционным максимумам.

Фотоприемник преобразует излучение видимого диапазона в электрические сигналы и считывание их последовательно на свой выход, в выходном сигнале фотоприемника содержится информация о номере ячейки и ее содержимом, т.е. об определенной компоненте спектра изображения участка анализируемого объекта 9, совмещенного. с входным торцом соответствующего данному фотоприемнику отрезка оптического волокна растровой диафрагмы .1. Совокупность п отрезков оптических Во локон диафрагмы 1 и и матричных фотоприемников 5 обеспечивает на выходах фотоприемников совокупности электрических сигналов, соответствующих спектру всей перекрытой диафрагмы 1 поверхности анализируемого объекта 9.

Для исключения пересечения лучей от разных волокон при выходе йз дифракционной решетки 4 и расширения частотной полосы анализа расстояния между соседними торцами волокон в направлении, перпендикулярном штрихам дифракционной решетки выбираются не менее линейного размера одного фотоприемника в блоке 5. Для устранения модового астигматиэма оптических лучей в волокнах 1 их следует изготовлять из одномодового волокна ° Количество отрезков волокон в пучке определяется условиями задачи анализа, наличием объективов 2 и 3 достаточного диаметра и может изменяться от единицы до величины отношения площа1430902 ди апертуры объектива 2 к удвоенной площади одного фотоприемника блока 5. .Выполнение растровой диафрагмы 1 в виде пучка отрезков оптических волокон при совмещении их торцов с анализируемыми участками иэображения и использование одномодового волокна препятствует характерному для прототипа взаимному влиянию анализируемых 1р участков и обеспечивает спектральный анализ отдельных участков изображения диаметром не более 10 мкм и частоту дискретизации оптического спектра, ограниченную только периодом дифракционной решетки. Таким образом достигается повышение точности спектрального анализа отдельных участков изображения. Электрические сигналы с выходов фотоприемников блока 5 поступа-2Q ют на входы блока 6 управления и индикации. Он представляет собой стандартное устройство, состоящее из коммутатора с выходным повторителем, блоков обработки, выделения и упрйв- 25 ления. Коммутатор обеспечивает последовательное считывание сигнапа с ячеек фотоприемников на выходной повторитель. Информационный сигнал обрабатывается блоками обработки и выделе- Э0 ния сигнала методом двойной коррелированной выборки. Управление работой приемника, блоков обработки и выделения сигнала производится блоком управления. 35

Для обеспечения синхронной параллельной работы все и фотоприемников они могут быть объединены по цепям считывания и стирания. Разрядные выходы фотоприемников подключены соответственно к входам мультиплексоров

7, имеющих и входов и один выход, подключенный к входу ЭВМ 8. По команде ЭВМ блок 7 мультиплексоров коммутирует на свой выход один иэ п своих 45 входов или произвольную их последовательность. По следующей команде загружается оперативная память ЭВМ и далее информация о спектре соответ.— ствующих участков изображения выво5 дится на устройство отображения (дисплей, цифропечатающее устройство) или производится его обработка по известному алгоритму.

В прототипе различным законам считывания информации с участков изображения соответствуют различные законы распределения отверстий в растровых диафрагмах. Изменение закона считывания достигается заменой эталона, время которой значительно превышает время процесса анализа и фиксации ре-. ! зультатов. Синхронная регистрация спектра изображения п анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока и матричньж фотоприемников, позволяет автоматизировать подключение того или иного участка,повьппая быстродействие устройства по сравнению с прототипом.

Формула изобретения с

1. Спектрометр оптического излучения, содержащий оптически совмещенную последовательность растровой диафрагмы ввода, линзового коллимационного объектива, дифракционной решетки и. матричного фотоприемника, выход которого электрически соединен с блоком управления и индикации, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия спектрального анализа любых отдельных с участков оптического изображения или их произвольной последовательности и совокупности, растровая диафрагма ввода выполнена в виде пучка п одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, одни торцы которых совмещены с участками анализируемого изображения, а противоположные размещены в плоскости линзового коллимационного объектива, выполненного в виде ахроматической линзы, с разрешением между соседними торцами в направлении, перпендикулярном штрихам дифракционной решетки, не менее максимального размера оптического окна фотоприемника, и дополнительно введены совокупность из (п-1) матричных фотоприемников и вторая ахроматическая линза, входная плоскость которой оптически совмещена с выходом дифракционной решетки и размещена на расстоянии от нее, обеспечивающем развертку дифракционного спектра по всему окну фотоприемника, а выходная плоскость совмещена с совокупностью матричных фотоприемников, оптические окна которых ориентированы на соответствующие торцы волокон так, что первая ячейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе, а электрические выходы (n-I) фотоприемников также подключены к блоку управления и индикации.

1430902

Составитель И. Коновалов

Техред М.Дидык Корректор М.Демчик

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 5339!48 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Спектрометр по и. 1, о т л ич а в шийся тем, что в блок управления и индикации дополнительно введен блок мультиплексоров, входы которого соединены с выходами фотоприемников, а управляющий вход и выход — с ЭВМ.