Спектрометр оптического излучения

(21) (22) (46) (72) и Б. (53) (56) науч Л.А.Н1986Та сти пх альо едо и роОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И 4181018/24-2119.01.8715.10,88, Бюл. 11 38В.Ю.Севбо, А.В.Сидоров(57) Изобретение относится к обл оптической обработки информации предназначено для использования тико-электронной измерительной нике. Цель изобретения - повыше точности и быстродействия спект ного анализа участков олтическо иэображения, их произвольной по вательности и совокупности. Спе метр содержит растровую диафраг ввода, выполненную в виде лучка одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде ах 13 оматических линз, дифракционную решетку 4, блок и матричных фотоприемников 5, блок 6 управления и индикации, который может содержать блок 7 мультиплексоров и ЭВИ 8, анализируемьп 1 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 процесФ са анализа и фиксации результатов. Синхронная регистрация спектра изображения и анализируемых участков, обеспечиваемая введением блока и мат- % ричных фотоприемников, позволяет автоматизировать подключение того или ного участка, повышая быстродейст стройства по сравнению с прототиом, 1 з.п. ф-лы, 1 пл.Изобретение относится к устройст-Рвам оптической обработки информациии предназначено для использования воптико-электронной измерительной тех 5нике.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия спектральногоанализа участков оптического иэображенин, их произвольной последователь ности и совокупности.На чертеже представлена структур"ная схема устройства.Устройство содержит растровую диаФрагму 1 ввода, выпоненную в видепучка п одинаковых отрезков одномодо"вых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные ввиде ахроматических линз, дифракционную решетку 4, блок и матричных Фото приемников 5, блок 6 управления ииндикации, который может содержать,в частности, блок 7 мультиплексорови ЭВМ 8, Начертеже показан также.анализируемый светящийся транспарант 9.Входные торцы пучка волокон 1 совмещены с участками изображения натранспаранте 9, Выходные торцы волокон распределены по поверхности коллимационного объектива 2, Дифракционная решетка 4 расположена между коллимационными линзовыми объективами 2и 3. Блок и матричных фотоприемников5, оптические окна которых ориентированы на торцы соответствующих и волокон так, что первая ячейка каждогофотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первомобъективе 2, расположен в выходнойплоскости второго объектива 3. Выходывсех Фотоприемников соединены с блоком 6 управления и индикации, в частности с входами блока 7 мультиплексоров .7, управляющии вход и выход кото рого подключен к ЭВМ 8,Спектрометр оптического излученияработает следующим образом.Иэображение участков анализируемого светящегося объекта 9, совмещенного с входным торцом определенного отрезка оптического волокна растррвойдиафрагмы 1 проецируется ахроматическим линзовым коллимационным объективом 2 на дифракционную решетку 4, ко торая представляет собой спектральныйприбор, разлагающий белый свет вспектр, причем каждая составляющая сдлиной волны 1 отклоняется на свой дифракционный угол. Второй ахроматический коллимационный линзовый объектив 3 осуществляет преобразование углового дифракционного спектрав пространственное распределение пооси, перпендикулярной штрихам дифракционной решетки 4, на входном окнесоответствуяцего матричного фотоприемника блока 5 Фотоприемников. Градуировка порядковых номеров ячеек этогофотоприемника 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 волокон 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 на" правлении, 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 волокнаКоличество отрезков волокон в пучке определяется условиями задачи анализа, наличием объективов 2 и 3 достаточного диаметра и может изменяться от единицы до величины отношения площади апертуры объектива 2 к удвоеннойплощади одного фотоприемника блока 5.Выполнение растровой диафрагмы 1в виде пучка отрезков оптических волокон при совмещении их торцов с анализируемыми участками иэображения ииспользование одномодового волокнапрепятствует характерному для прототипа взаимному влиянию анализируемых 10участков и обеспечивает спектральныйанализ отдельных участков изображениядиаметром не более 10 мкм и частотудискретизации оптического спектра,ограниченную только периодом дифрак" 15ционной решетки, Таким образом достигается повышение точности спектрального анализа отдельных участков изображения, Электрические сигналы с выходов фотоприемников блока 5 поступа ют на входы блока 6 управления и индикации. Он представляет собой стандартное устройство, состоящее из коммутатора с выходным повторителем,блоков обработки, выделения и упрйвления. Коммутатор обеспечивает последовательное считывание сигнапа с ячеек фотоприемников на выходной повторитель, Информационный сигнал обрабатывается блоками обработки и выделения сигнала методом двойной коррелированной выборки. Управление работойприемника, блоков обработки и выделения сигнала производится блоком управления. 35Для обеспечения синхронной параллельной работы все и фотоприемниковони могут быть объединены по цепямсчитывания и стирания. Разрядные выходы фотоприемников подключены соответственно к входам мультиплексоров7, 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 45входов или произвольную их последовательность. По следующей команде загружается оперативная память ЭВМ идалее информация о спектре соответствующих участков изображения выво 5дится на устройство отображения (дисплей, цифропечатающее устройство) илипроизводится его обработка по известному алгоритму,В прототипе различным законам считывания информации с участков изображения соответствуют различные законыраспределения отверстий в растровыхдиафрагмах. 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 изобретенияс1, 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия спектрального анализа любых отдельныхсучастков оптического изображения или их произвольной последовательности и совокупности, растровая диафрагма ввода выполнена в виде пучка и 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) 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 (и) фотоприемников также подключены к блоку управления и индикации.1430902 Составитель И.КоноваловТехред М.Дидык Корректор М.Демчик Редактор Л,Пчолинская Заказ 533948 Тираж 772 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 2. Спектрометр по п.1, о т л и " ч а в щ и й с я тем, что в блок управления и индикации дополнительно введен блок мультиплексоров, входы которого соединены с выходами фотоприемников, а управляющий вход и выход - с ЭВМ.