Растровый спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 1636695 А Ж)з 6 фр ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У итут точнои мехааркин, П. Н, Собо- Тарасова альные приборы,7,с,15.1975, 22, р. 867 сится к оптическомуостроению.- снижение погрешраз в спектральном ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению, Цель изобретения - снижение погрешности измерений в 1 раз в спектральномдиапазоне ЬА. Излучение, пройдя спектральный фильтр с областью пропускания Л 1, попадает в растровый спектрометр с растрами, состоящими из пар верхней и нижней строк с рабочими элементами, выполненными в виде прозрачных и непрозрачных прямоИзобретение отн спектральному прибо Цель изобретени ности измерений в К диапазоне Ьл. На фиг. 1 показа растрового спектром входного и выходног график аппаратной ф Растровый спе фильтр 1, ограничив ра ЛА; входную ра коллимирующий объ щий узел 4, фокусируна структурная схема етра; на фиг, 2 - вид о растров; на фиг. 3 - ункции с М 53.ктрометр содержит ающий участок спектстровую диафрагму 2, ектив 3, диспергируюющий 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 Аакс(п)пМ/А(п)/п=й =1( 1 Й,паИ - (с 1 1/О А ЛЯ/д А - 1);И+(а/ИЛ ЛА/дЛ - 1. А(п)/п=й - величина главного максимума аппаратной функции; А макс(п)/пффф вели чина наибольшего побочного максимума аппаратной функции; и - аргумент аппаратной функции; И - число прозрачных и непрозрачных элементов в строке растра; б/(И - линейная дисперсия спектрометра. Такое расположение рабочих элементов в растре позволяет снизить погрешность измерения интенсивности монохроматических компонент в заданном диапазоне до 1 - 2 )ь, 3 ил,ходную растровую диафрагму 6, приемно- регистрирующую систему 7.Растровая входная диафрагма 2 выполнена ввиде пар строк: причем верхняя строка состоит из последовательности (кода) М прозрачных и непрозрачных элементов, ширина элемента равна линейному пределу разрешения спектрометра д 1 . а высота зависит от конструкции прибора. Элементывыполнены в виде щелей, нормальных к плоскости дисперсии спектрометра, Нижняя строка выполнена непрозрачной. Объективы 3 и 5 имеют одинаковые фокусные расстояния.сти с макси от ви грешность измерения интенсивноектра с ростом величины побочных мумов увеличивается в зависимости а спектра (сплошной или линейный),Выходная растровая диафрагма 6 вы-полнена в виде.пар строк, причем верхняя строка идентична изображениюверхней строки входной растровой диафрагмы, а нижняя строка выполнена из последовательности К прозрачных инепрозрачных элементов, причем каждомупрозрачному элементу верхней строки соответствует непрозрачный элемент нижнейстроки, а каждому непрозрачному элементу верхней строки соответствует прозрачный элемент нижней строки.Растровый спектрометр работает следующим образом,Фильтр 1, который может быть выпалнен в виде предмонохроматора или наборафильтров, пропускает излучение в исследуемом спектральном диапазоне фильтров.Это излучение поступает на входную растровую диафрагму 2, расположенную в фокальной плоскости коллимирующегообъектива 3, и, пройдя через коллимирующий объектив 3, параллельными пучкамипадает на диспергирующий элемент 4,Разложенное в спектр излучение фокусирующим объективом 5 направляется навыходную растровую диафрагму 6 и далеепоступает на приемно-регистрирующую систему 7.Одновременно со сканированием спектра диспергирующим элементом 4 изображение входной диафрагмы совершаетпериодическое возвратно-поступательноеперемещение в направлении, перпендикулярном направлению дисперсии прибора, 35При поступлении в прибор монохроматического излучения приемно-регистрирующаясистема 7 регистрирует максимальное значение сигнала при совпадении изображения входной растровой диафрагмы 2 с 40выходной растровой диафрагмой 6. Смещение изображения входной растровой диафрагмы 2 в процессе сканирования приводитк возникновению сигнала, пропорционального величине побочных максимумов аппаратной функции кода, который может бытьпринят за полезный сигнал, При регистрации исследуемого спектрального диапазона ЬА наличие побочных максимумов ваппаратной функции кода растра неизбежно 50создает погрешности в изменении интенсивности спектра, которые могут достигать,например, при использовании диафрагмы с53 элементами20%.Спектральный диапазон ЬЛ фильтра 1 связан с последовательностью расположения прозрачных и непрозрачных элементов в верхней строке входной и выходной растровой диафрагмы и определяется из усло- вия А (и)/и = И пе Й -- 1 й-)б 1/ОА - линейная дметра,д Л - линейный предел разрешения спектрометра.Аппаратная функция кода растра в устройстве имеет небольшие побочные максимумы в иследуемом диапазоне, соответствующем ЛА, таким образом, снижается погрешность интенсивности спектра;П р и м е р. Спектрометр построен по оптической схеме Пфунда, В качестве объектива выбран зеркальный объектив с 1 об = 300 мм. Предмонохроматор выделяет1ЛЛ= 6 нм на длине волны Л = 535 нм, Диспергирующим элементом служит отражательная решетка с Кр= 450 штрихов/мм. Фотоприемником служит ФЭУ.Линейный предел разрешения спектрометра д Л =0,081 мм, линейная дисперсия О 1/б Л= 0,135 мм/нм,Пусть число элементов растра 8=53 (27 прозрачных и 26 непрозрачных), а К=3,7, тогда необходимо найти такую последовательность прозрачных и непрозрачных элементов, чтобы выполнялось условие (1); исперсия спектромакс п)/и53 7 У 53(п)/и =53 А(п) - аппаратная функция кода (последовательности прозрачных и непрозрачных элементов) растровых диафрагм;и - аргумент аппаратной функции(число перемещений изображения входной диафрагмы по выходной диафрагме);А макс(п)/и ФМ - величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции кода диафрагмы;А(п)/п=И - величина главного максимума аппаратной функциий - число прозрачных и непрозрачных элементов в строке диафрагмы,К - коэффициент повышения точности,1636695 тра: 10001011011110010101111010011000010111011001000111000,А (п)У ч К 7 Л 1 ма аппаратной функции;25 пб ЬЛ 08. 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; +0,037Т,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 0; 50;30; 100; 0; 70; 70; 0; 70; 0 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 кплоскости дисперсии спектрометра, а меньшая сторона кратна линейному пределу раз решения, при этом нижняя сторонавходного растра выполнена непрозрачной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения погрешности измерений в К раз в спектральном диапазоне Л 1 он дополни 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 рас тров удовлетворяет условию: где Амакс(п)/п=й - величина наибольшего побочного максимума аппаратной функции;А(п)/ п=К - величина главного максиму 30 и - аргумент аппаратной функции иличисло перемещений изображения входногорастра по выходному;М - число прозрачных и непрозрачныхэлементов в строке растра;35 г-- линейная дисперсная спектрометс 11ра;1636695 иа о)/юл)/ р Корректор М,Самборск Редактор Л.Зайцев зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 809 ВНИИПИ Составитель С,Иван Техред М,Моргентал Тираж 336 удэрственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, РаущПодписноетениям и открытиям при ГКНТ ССская наб., 4/5