SU1430902A1 - Спектрометр оптического излучени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области оптической обработки информации и предназначено дл  использовани  в оптико-электронной измерительной технике . Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  спектрального анализа участков оптического изображени , 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 управлени  и индикации, который может содержать блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8, анализируемьй свет щийс  транспарант 9. В прототипе различным законам считывани  информации с участков изображени  соответствуют различные эталоны распределени  отверстий в растровых диафрагмах. Изменение закона считьшани  достигаетс  заменой эталона, врем  которой значительно превосходит врем  процес- G са анализа и фиксации результатов. Синхронна  регистраци  спектра изображени  п анализируемых участков, обеспечиваема  введением блока п матричных фотоприемников, позвол ет ав - томатизировать подключение того или . иного участка, повьша  быстродействие устройства по сравнению с прототипом , 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройст-j вам оптической обработки информации и предназначено дл  использовани  в оптико-электронной измерительной тех-

нике,

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  спектрального анализа участков оптического изображени , их произвольной последовательности и совокупности.

На чертеже представлена структурна  схема устройства, 1 Устройство содержит растровую диафрагму 1 ввода, вьшоненную в виде пучка п одинаковых отрезков одномодо- вых оптических волокон, коллимационные объективы 2 и 3, выполненные в виде ахроматических линз, дифракционную решетку 4, блок п матричных фотоприемников 55 блок 6 управлени  и индикации, который может содержать, в частности, блок 7 мультиплексоров и ЭВМ 8„ На чертеже показан также, анализируемый свет щийс  транспа- : рант 9.

Входные торцы пучка волокон 1 сов- мещены с участками изображени  на транспаранте 9. Выходные тортда воло- кон распределены по поверхности кол- лимационного объектива 2. Дифракционна  решетка 4 расположена между коллимационными линзовыми объективами 2 и 3. Блок п матричных фотоприемников 5, оптические окна которых ориентиро- ааны на торцы соответствуюпщх п волокон так, что перва   чейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе, 2, расположен в выходной плоскости второго объектива 3. Выходы всех фотоприемников соединены с блоком 6 управлени  и индикации, в частности с входа т блока 7 мультиплексоров .7, управл ющий вход и выход которого подключен к ЭВМ 8,

Спектрометр оптического излучени  работает следующим образом.

Изображение участков анализируемого свет щегос  объекта 9, совмещенного с входным торцом определенного отрезка оптического волокна растррвой диафрагмы 1 проецируетс  ахроматическим линзовым коллимационным объективом 2 на дифракционную решетку 4, котора  представл ет собой спектральны прибор, разлагающий белый свет в спектр, причем кажда  составл юща  с длиной волны А отклон етс  на свой

„

5

дифракционный угол cf. Второй ахроматический коллимационный линзовый объектив 3 осуществл ет преобразование углового дифрак1:(ионного спектра / (tf) в пространственное распределение по оси, перпендикул рной штрихам дифракционной решетки 4, на входном окне соответствующего матричного фотоприемника блока 5 фот оприемников. Градуировка пор дковьгх номеров  чеек этого фотоприемника в единицах длины волны (частоты) света ставит номер каждой  чейки фотоприемника в однозначное соответствие с определенной оптической частотой. При этом совмещение центра первой  чейки фотоприемника с центральной осью соответствук цего 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 вьпход, в выходном сигнале фотоприемника содержитс  информаци  о номере  чейки и ее содержимом , т.е. об определенной компоненте спектра изображени  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 п матричных фотоприемников 5 обеспечивает на выходах фотоприемников совокупности электрических сигналов, соответствукнцих спектру всей пе.рекрытой диафрагмы 1 поверхности анализируемого объекта 9,

Дл  исключени  пересечени  лучей от разных волокон при выходе из дифракционной рещетки 4 и расширени  частотной полосы анализа рассто ни  между соседними торцами волокон в на- правлении, перпендикул рном штрихам дифракционной решетки выбираютс  не менее линейного размера одного фотоприемника в блоке 5, Дл  устранени  модового астигматизма оптических лучей в волокнах 1 их следует изготовл ть из одномодового волокна. Количество отрезков волокон .в пучке определ етс  услови ми задачи анализа, наличием объективов 2 и 3 достаточного диаметра и может измен тьс  от единицы до величины отношени  площади апертуры объектива 2 к удвоенной площади одного фотоприемника блока 5

Выполнение растровой диафрагмы 1 в виде пучка отрезков оптических во- локон при совмещении их торцов с анализируемыми участками изображени  и использование одномодового волокна преп тствует характерному дл  прототипа взаимному вли нию анализируемых участков и обеспечивает спектральный анализ отдельных участков изображени  диаметром не более 10 мкм и частоту дискретизации оптического спектра, ограниченную только периодом дифрак- ционной решетки. Таким образом до сти- гаетс  повышение точности спектрального анализа отдельных участков изображени . Электрические сигналы с выходов фотоприемников блока 5 поступают на входы блока 6 управлени  и индикации . Он представл ет собой стандартное устройство, состо щее из коммутатора с выходным повторителем, блоков обработки, вьццелени  и °упрйв- лени . Коммутатор обеспечивает последовательное считьшание сигнала с  чеек фотоприемников на выходной повторитель . Информационный сигнал обраба- тьшаетс  блоками обработки и вьщеле- НИН сигнала методом двойной коррелированной выборки. Управление работой приемника, блоков обработки и выделени  сигнала производитс  блоком управлени ,

Дл  обеспечени  синхронной параллельной работы все п фотоприемников они могут быть объединены по цеп м считьшани  и стирани . Разр дные выходы фотоприемников подключены соот- ветственно к входам мультиплексоров 7, имеющих п входов и один выход, подключенный к входу ЭВМ 8. По команде ЭВМ блок 7 ьтультиплексоров коммутирует на свой выход один из п своих входов или произвольную их последовательность . По следующей команде загружаетс  оперативна  пам ть ЭВМ и далее информаци  о спектре соответствующих участков изображени  выво- дитс  на устройство отображени  (дисплей , цифропечатающее устройство) ил производитс  его обработка по известному алгоритму.

В прототипе различным законам счи тьшани  информации с участков изображени  соответствуют различные законы распределени  отверстий в растровых диафрагмах. Измен ение . закона считывани  достигаетс  заменой эталона, врем  которой значительно превышает врем  процесса анализа и фиксации ре-т зультатов. Синхронна  регистраци  спектра изображени  п анализируемых участков, обеспечиваема  введением блока п матричных фотоприемников, позвол ет автоматизировать подключение того или иного участка,повыша  быстродействие устройства по сравнению с- прототипом.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   t

   1, Спектрометр оптического излучени , содержащий оптически совмещенную последовательность растровой диафраг- мзл ввода, линзового коллимационного объектива, дифракционной решетки и. матричного фотоприемника, выход которого электрически соединен с блоком управлени  и индикации, отличающийс  тем, что, с целью повьш1е- ни  точности и быстродействи  спектрального анализа любых отдельных участков оптического изображени  или их произвольной последовательности и совокупности, растрова  диафрагма ввода выполнена в виде пучка п одинаковых отрезков одномодовых оптических волокон, одни торцы которых совмещены с участками анализируемого изображени , а противополож1ше размещены в плоскости линзового коллимационного объектива, выполненного в виде ахроматической линзы, с разрешением ме аду соседними торцами в направлении, перпендикул рном штрихам дифракционной решетки, не менее максимального размера оптического окна фотоприемника, и дополнительно введены совокупность из (п-1) матричных фотоприемников и втора  ахроматическа  линза, входна  плоскость которой оптически совмещена с выходом дифракционной решетки и размещена на рассто нии от/нее, обеспечивающем развертку дифракционного спектра по всему окну фотоприемника, а выходна  плоскость совмещена с совокупностью матричных фотоприемников, оптические окна которых ориентированы на соответствуюпще торцы волокон так, что перва   чейка каждого фотоприемника расположена на оси торца соответствующего волокна на первом объективе , а электрические выходы (п-1) фотопрнемников также подключены к блоку управлени  и индикации.

   5 309026
2. 2. Спектрометр по п. 1, о т л и -которого соединен, с выходами фоточающийс  тем, что в блок уп-приемников, а управл ющий вход и выравлени  и индикации дополнительноход - с ЭВМ. введен блок fyльтиплeкcopoв, входы