×
27.06.2014
216.012.d8af

ЗЕРКАЛЬНЫЙ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Спектрометр состоит из входной щели, расположенной в фокальной плоскости объектива и смещенной в меридиональной плоскости относительно его оптической оси, объектива и диспергирующего устройства. Объектив состоит из первого вогнутого зеркала с положительной оптической силой, обращенного вогнутостью к входной щели, второго выпуклого зеркала с отрицательной оптической силой, расположенного между входной щелью и первым зеркалом и обращенного выпуклостью к первому зеркалу, третьего вогнутого зеркала с положительной оптической силой, расположенного за вторым зеркалом и обращенного вогнутостью к входной щели. Диспергирующее устройство включает диспергирующий элемент и плоское зеркало, расположенное под углом 80…90° к падающим на него лучам. Оптические поверхности по крайней мере двух зеркал являются асферическими. Центры кривизны всех зеркал расположены на оптической оси объектива. Первое и второе зеркала - внеосевые фрагменты зеркал. Третье зеркало расположено на оптической оси. Диспергирующий элемент - призма с преломляющим углом 5…30° из материала с показателем преломления 1,4…1,7 и коэффициентом дисперсии для линии е, равным 20…70. Плоское зеркало выполнено в виде отражающего покрытия на второй по ходу луча грани призмы. Технический результат - повышение технологичности, уменьшение габаритов и массы, упрощение юстировки, повышение качества изображения и исправление кривизны спектральных линий. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности может быть использовано в промышленных, авиационных и космических гиперспектральных системах.

Известны оптические системы, предназначенные для разложения оптического излучения в спектр с целью изучения его спектрального состава. Например, в [Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Изд. 2-е, доп. и перераб., Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1975, с.6] приведена принципиальная оптическая схема спектрального прибора. Он состоит из входной щели, коллимирующего объектива, диспергирующего устройства, фокусирующего объектива и приемника изображения. Недостатком таких схем является наличие двух линзовых объективов и, как следствие, большие габариты и масса.

Также известны автоколлимационные зеркальные монохроматоры [Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Изд. 2-е, доп. и перераб., Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1975, с.153], имеющие более простую конструкцию. Они содержат минимальное количество оптических деталей: вогнутое зеркало в качестве коллимирующего и фокусирующего объективов и автоколлимационную призменную диспергирующую систему. Наличие только одного зеркала не позволяет исправить аберрации системы и кривизну спектральных линий даже для узкого спектрального диапазона и малых угловых полей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является зеркальный автоколлимационный спектрометр из [US, патент №6886953 В2, МКИ G02B 5/10], состоящий из входной щели, объектива и диспергирующего устройства, в котором входная щель расположена в фокальной плоскости объектива и смещена в меридиональной плоскости от его оптической оси. Объектив состоит из трех установленных последовательно по ходу луча зеркал, первого вогнутого зеркала с положительной оптической силой, обращенного вогнутостью к входной щели, второго выпуклого зеркала с отрицательной оптической силой, расположенного между входной щелью и первым зеркалом и обращенного выпуклостью к первому зеркалу, третьего вогнутого зеркала с положительной оптической силой, расположенного за вторым зеркалом и обращенного вогнутостью к входной щели, отражающие поверхности всех трех зеркал являются децентрированными по апертуре асферическими поверхностями высших порядков, также второе и третье зеркала имеют смещения и наклоны относительно оптической оси первого зеркала. Диспергирующее устройство расположено с другой относительно входной щели стороны от оптической оси и состоит из диспергирующего элемента в виде блока из двух призм из материалов с разными показателями преломления и отдельного плоского зеркала, расположенного под углом, близким 90° к падающим на него лучам. Излучение от входной щели преобразуется объективом в коллимированный пучок, который затем попадает на диспергирующий элемент, раскладывается в спектр, отражается от плоского зеркала, снова проходит через диспергирующий элемент, а затем попадает в объектив, формирующий в обратном ходе разложенное в спектр изображение входной щели на приемнике изображения. Результатом наличия в схеме децентрированных по апертуре асферических поверхностей высших порядков, имеющих децентрировки и наклоны, являются технологические сложности изготовления и повышенные требования к точности взаимного расположения оптических элементов и, как следствие, сложность механической конструкции, трудности при юстировке и контроле.

Задачей данного изобретения является создание зеркального автоколлимационного спектрометра с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - создание зеркального автоколлимационного спектрометра с повышенной технологичностью, малыми габаритами и массой, простого в юстировке, обеспечивающего высокое качество изображения и исправление кривизны спектральных линий во всем рабочем спектральном диапазоне.

Это достигается тем, что в зеркальном автоколлимационном спектрометре, состоящем из входной щели, объектива и диспергирующего устройства, входная щель расположена в фокальной плоскости объектива и смещена в меридиональной плоскости относительно его оптической оси, объектив состоит из трех установленных последовательно по ходу луча зеркал, первого вогнутого зеркала с положительной оптической силой, обращенного вогнутостью к входной щели, второго выпуклого зеркала с отрицательной оптической силой, расположенного между входной щелью и первым зеркалом и обращенного выпуклостью к первому зеркалу, третьего вогнутого зеркала с положительной оптической силой, расположенного за вторым зеркалом и обращенного вогнутостью к входной щели, диспергирующее устройство расположено с другой стороны относительно оптической оси по отношению к входной щели и включает в себя диспергирующий элемент и плоское зеркало, расположенное под углом, находящемся в интервале 80…90° к падающим на него лучам, в отличие от известного, оптические поверхности по крайней мере двух зеркал объектива являются асферическими поверхностями не более чем второго порядка, а центры кривизны всех зеркал расположены на оптической оси объектива, причем первое и второе зеркала представляют собой внеосевые фрагменты зеркал, а третье зеркало расположено на оптической оси объектива, диспергирующий элемент выполнен в виде призмы с преломляющим углом 5…30° из материала с показателем преломления 1,4…1,7 и коэффициентом дисперсии для линии е 20…70, а плоское зеркало выполнено в виде отражающего покрытия, нанесенного на вторую по ходу луча грань призмы.

Кроме того, в зеркальном автоколлимационном спектрометре отражающая поверхность одного из зеркал объектива может быть выполнена сферической, а третье зеркало объектива может быть выполнено симметричным относительно оптической оси зеркалом или в виде децентрированного по апертуре фрагмента.

На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема зеркального автоколлимационного спектрометра, у которого третье зеркало объектива симметрично относительно оптической оси. На фиг.2 представлена принципиальная оптическая схема зеркального автоколлимационного спектрометра с третьим зеркалом объектива, выполненным в виде децентрированного по апертуре фрагмента. На фиг.3 приведена модуляционная передаточная функция зеркального автоколлимационного спектрометра для средней и граничных длин волн рабочего спектрального диапазона для центральной точки входной щели. На фиг.4 приведена модуляционная передаточная функция зеркального автоколлимационного спектрометра для средней и граничных длин волн рабочего спектрального диапазона для крайней точки входной щели.

Зеркальный автоколлимационный спектрометр (фиг.1) состоит из входной щели 1, первого зеркала 2, второго зеркала 3, третьего зеркала 4 и призмы 5 с отражающим покрытием 6. Входная щель 1 длиной 20 мм расположена в фокальной плоскости объектива перпендикулярно меридиональной плоскости и смещена относительно оптической оси. Зеркала 2, 3 и 4 образуют объектив с эксцентрично расположенным полем изображения. Первое зеркало 2 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала с положительной оптической силой, обращенного вогнутостью к входной щели 1, второе зеркало 3 выполнено в виде внеосевого фрагмента выпуклого эллипсоида с отрицательной оптической силой, расположенного между входной щелью 1 и первым зеркалом 2, и обращено выпуклостью к первому зеркалу 2, третье зеркало 4 выполнено в виде вогнутого гиперболоида, отражающая поверхность которого симметрична относительно оптической оси, расположенного за вторым зеркалом 3 и обращенного вогнутостью к входной щели 1. Диспергирующее устройство спектрометра расположено с другой стороны относительно оптической оси по отношению к входной щели 1 и состоит из диспергирующего элемента в виде призмы 5 с преломляющим углом 5…30° из материала с показателем преломления в пределах 1,4…1,7 и коэффициентом дисперсии для линии е в пределах 20…70, и плоского зеркала виде нанесенного на вторую по ходу луча грань призмы 5 отражающего покрытия 6, плоское зеркало, расположенное под углом, находящимся в интервале 80…90° к падающим на него лучам.

Также в зеркальном автоколлимационном спектрометре третье зеркало 4 может быть выполнено в виде децентрированного по апертуре фрагмента вогнутого гиперболоида (фиг.2).

На фиг.3 приведена модуляционная передаточная функция зеркального автоколлимационного спектрометра для средней и граничных длин волн рабочего спектрального диапазона для центральной точки входной щели.

На фиг.4 приведена модуляционная передаточная функция зеркального автоколлимационного спектрометра для средней и граничных длин волн рабочего спектрального диапазона для крайней точки входной щели.

Зеркальный автоколлимационный спектрометр работает следующим образом. Излучение от входной щели 1 спектрометра попадает на первое зеркало 2, затем, отразившись от него, последовательно претерпевает отражение на втором зеркале 3 и третьем зеркале 4. После зеркала 4 коллимированный пучок излучения попадает на призму 5, преломившись на первой грани, отразившись от отражающего покрытия 6 на второй грани и вновь преломившись на первой грани которой, раскладывается в спектр и снова попадает на третье зеркало 4. Отразившись последовательно от третьего зеркала 4, второго зеркала 3 и первого зеркала 2, излучение формирует разложенное в спектр изображение входной щели в плоскости изображения.

В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан зеркальный автоколлимационный спектрометр, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.

Таблица 1
Описание Радиус, мм Толщина, мм Показатель преломления Наклон в меридиональной плоскости относительно оптической оси, град.
Плоскость входной щели r1=∞ 21,042
d1=126,775 1
Первое зеркало r2=-206,617 0
d2=-89,197 -1
Второе зеркало r3=-147,803∗1 0
d3=179,934 1
Третье зеркало r4=571,703∗2 0
d4=-329,934 -1
Передняя грань призмы r5=∞ 31,412
d5=-40 TK20
Задняя грань призмы с зеркальным покрытием r6=∞ 18,946
d6=40 TK20
Передняя грань призмы r7=∞ 31,412
d7=329,934 1
Третье зеркало r8=571,703∗2 0
d8=-179,934 -1
Второе зеркало r9=-147,803∗1 0
d9=89,197 1
Первое зеркало r10=-206,617 0
d10=-126,775 -1
Плоскость изображения r11=∞ 0,9

1) параметр е2=0,966
2) параметр е2=1,853
е2 - квадрат эксцентриситета поверхности 2-го порядка.

Характеристики спектрометра:

Спектральный диапазон: 1,0-2,325 мкм. Относительное отверстие объектива: 1:3. Длина входной щели: 20 мм.

Линейное поле в пространстве изображений: 2,56×20,38 мм.

Спектрометр имеет следующие характеристики качества изображения:

- кривизна спектральных линий исправлена во всем рабочем спектральном диапазоне;

- линейная дисперсия для коротковолновой границы спектрального диапазона 0,418 нм/мкм;

- линейная дисперсия для длинноволновой границы спектрального диапазона 0,446 нм/мкм;

- МПФ на пространственной частоте 30 мм-1 не менее 0,5 во всем рабочем спектральном диапазоне для всех точек линейного поля.

Таким образом, создан зеркальный автоколлимационный спектрометр работающий в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн 1,0-2,325 мкм, с входной щелью длиной 20 мм, относительным отверстием объектива 1:3, имеющий высокое качество изображения и исправленную кривизну спектральных линий во всем рабочем спектральном диапазоне, что очень важно при использовании матричных фотоприемных устройств. Кроме того, он обладает повышенной технологичностью и простотой в юстировке за счет использования в объективе спектрометра асферических поверхностей не более чем второго порядка., а диспергирующее устройство, выполнено в виде одиночной призмы с нанесенным на ее вторую по ходу луча грань отражающим покрытием.


ЗЕРКАЛЬНЫЙ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР
ЗЕРКАЛЬНЫЙ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР
ЗЕРКАЛЬНЫЙ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР
ЗЕРКАЛЬНЫЙ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 59 items.
27.01.2013
№216.012.20b6

Устройство для контроля и юстировки оптических приборов

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для юстировки оптических элементов, а также для контроля энергетики инфракрасных и других лазерных приборов. Изобретение направлено на упрощение конструкции и обеспечение возможности проведения контроля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473875
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.04.2013
№216.012.348d

Трехлинзовый объектив

Объектив может быть использован, например, в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами. Трехлинзовый объектив состоит из трех последовательно расположенных по ходу лучей одиночных линз, первая из которых - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая - положительная линза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478996
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.07.2013
№216.012.57c4

Установка для выверки оптических осей многоканальной системы

Установка содержит коллиматор с передающими каналами, работающими в разных спектральных диапазонах, и с приемным каналом, выполненным в виде оптико-электронной системы наблюдения с видеомонитором. Юстируемая многоканальная система снабжена передающим каналом, работающим в спектральном диапазоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488076
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.09.2013
№216.012.6dde

Способ выявления наличия системной реакции соединительной ткани, обусловленной развитием синдрома сочетанных дистрофически-дегенеративных изменений мезенхимальных производных при локальном хроническом воспалительном процессе

Изобретение относится к области медицины, а именно к патологической анатомии, и может быть использовано для уточнения патогенеза проявлений патологии соединительной ткани. Для этого в крови выявляют неспецифические признаки хронического воспаления. Выполняют биопсию кожи. Делают срезы образца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493777
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.02.2014
№216.012.9fce

Механизм фокусировки аэрофотоаппарата

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при аэрофотосъемке. Механизм фокусировки аэрофотоаппарата содержит привод фокусировки и исполнительный механизм, выполненный в виде дифференциальных винтов. На первых торцах дифференциальных винтов установлено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506618
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.03.2014
№216.012.ad38

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой

Инфракрасный объектив содержит вынесенную апертурную диафрагму, размещенную между последним компонентом объектива и плоскостью изображений, и четыре компонента. Первый компонент неподвижный и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, второй...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510059
Дата охранного документа: 20.03.2014
27.05.2014
№216.012.cb1a

Объектив коллиматора

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматора, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517760
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.d107

Устройство стабилизации температуры

Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519282
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d84e

Установка для измерения углового поля зрения и контроля величины шага линий миры тест-объекта

Установка содержит коллиматор с тест-объектом, контролируемое изделие и измерительный блок. Тест-объект выполнен в виде перекрестия и жестко закреплен в фокальной плоскости коллиматора. Контролируемое изделие выполнено телевизионным или тепловизионным, его приемник излучения расположен в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521152
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d851

Зеркально-линзовый объектив

Зеркально-линзовый объектив состоит по ходу луча из плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, на центральную часть плоской поверхности которой нанесено зеркальное покрытие, зеркала Манжена, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, в центре которого выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521155
Дата охранного документа: 27.06.2014
Showing 1-10 of 56 items.
27.01.2013
№216.012.20b6

Устройство для контроля и юстировки оптических приборов

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для юстировки оптических элементов, а также для контроля энергетики инфракрасных и других лазерных приборов. Изобретение направлено на упрощение конструкции и обеспечение возможности проведения контроля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473875
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.04.2013
№216.012.348d

Трехлинзовый объектив

Объектив может быть использован, например, в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами. Трехлинзовый объектив состоит из трех последовательно расположенных по ходу лучей одиночных линз, первая из которых - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая - положительная линза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478996
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.07.2013
№216.012.57c4

Установка для выверки оптических осей многоканальной системы

Установка содержит коллиматор с передающими каналами, работающими в разных спектральных диапазонах, и с приемным каналом, выполненным в виде оптико-электронной системы наблюдения с видеомонитором. Юстируемая многоканальная система снабжена передающим каналом, работающим в спектральном диапазоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488076
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.09.2013
№216.012.6dde

Способ выявления наличия системной реакции соединительной ткани, обусловленной развитием синдрома сочетанных дистрофически-дегенеративных изменений мезенхимальных производных при локальном хроническом воспалительном процессе

Изобретение относится к области медицины, а именно к патологической анатомии, и может быть использовано для уточнения патогенеза проявлений патологии соединительной ткани. Для этого в крови выявляют неспецифические признаки хронического воспаления. Выполняют биопсию кожи. Делают срезы образца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493777
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.02.2014
№216.012.9fce

Механизм фокусировки аэрофотоаппарата

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при аэрофотосъемке. Механизм фокусировки аэрофотоаппарата содержит привод фокусировки и исполнительный механизм, выполненный в виде дифференциальных винтов. На первых торцах дифференциальных винтов установлено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506618
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.03.2014
№216.012.ad38

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой

Инфракрасный объектив содержит вынесенную апертурную диафрагму, размещенную между последним компонентом объектива и плоскостью изображений, и четыре компонента. Первый компонент неподвижный и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, второй...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510059
Дата охранного документа: 20.03.2014
27.05.2014
№216.012.cb1a

Объектив коллиматора

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматора, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517760
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.d107

Устройство стабилизации температуры

Изобретение относится к средствам контроля и управления полем температуры пространственно распределенных объектов и может быть использовано в автоматизированных системах управления тепловыми режимами в ракетно-космической технике. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519282
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d84e

Установка для измерения углового поля зрения и контроля величины шага линий миры тест-объекта

Установка содержит коллиматор с тест-объектом, контролируемое изделие и измерительный блок. Тест-объект выполнен в виде перекрестия и жестко закреплен в фокальной плоскости коллиматора. Контролируемое изделие выполнено телевизионным или тепловизионным, его приемник излучения расположен в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521152
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d851

Зеркально-линзовый объектив

Зеркально-линзовый объектив состоит по ходу луча из плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, на центральную часть плоской поверхности которой нанесено зеркальное покрытие, зеркала Манжена, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, в центре которого выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521155
Дата охранного документа: 27.06.2014
+ добавить свой РИД