[go: up one dir, main page]

RU2377510C1 - Displaying spectrometre - Google Patents

Displaying spectrometre Download PDF

Info

Publication number
RU2377510C1
RU2377510C1 RU2008137189/28A RU2008137189A RU2377510C1 RU 2377510 C1 RU2377510 C1 RU 2377510C1 RU 2008137189/28 A RU2008137189/28 A RU 2008137189/28A RU 2008137189 A RU2008137189 A RU 2008137189A RU 2377510 C1 RU2377510 C1 RU 2377510C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
interferometer
lens
radiation
spectrometer
matrix
Prior art date
Application number
RU2008137189/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Свиридов (RU)
Анатолий Николаевич Свиридов
Анатолий Михайлович Филачев (RU)
Анатолий Михайлович Филачев
Владимир Павлович Пономаренко (RU)
Владимир Павлович Пономаренко
Александр Иванович Дирочка (RU)
Александр Иванович Дирочка
Константин Олегович Болтарь (RU)
Константин Олегович Болтарь
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН"
Priority to RU2008137189/28A priority Critical patent/RU2377510C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2377510C1 publication Critical patent/RU2377510C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: physics; optics.
SUBSTANCE: device relates to optical instrument making. The displaying spectrometre has an interferometre 1, formed by two parallel plates on which there is a reflecting coating, a lens 2, an input window 3, a band-pass filter 4, a matrix radiation detector 5 and a monitor of a thermal imaging device 6. Proposed is optimum calculation of the distance between plates of the interferometre d, focal distance of the lens F and angle of inclination of the interferometre to the optical axis of the lens θ when the interferometre is operating in the first, second and third interference order.
EFFECT: obtaining an optimum combination of values of relative operating spectral range and relative spectral resolution of the spectrometre.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для регистрации ИК изображений объектов в любых произвольно выбранных узких спектральных полосах, находящихся внутри рабочего спектрального диапазона устройства. Устройства, позволяющие получать изображения объектов в любых требуемых узких спектральных полосах, принадлежащих относительно широкому спектральному диапазону, принято называть отображающими спектрометрами (ОС), а получаемые с их помощью изображения в узких спектральных полосах - спектральными изображениями (СИ). Соответственно ОС, работающие в спектральных диапазонах 3-5 мкм и 8-14 мкм, следует называть мультиспектральными тепловизорами (МСТ).The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to register IR images of objects in any arbitrarily selected narrow spectral bands within the working spectral range of the device. Devices that make it possible to obtain images of objects in any desired narrow spectral bands belonging to a relatively wide spectral range are commonly called imaging spectrometers (OS), and images obtained with their help in narrow spectral bands are called spectral images (SI). Accordingly, operating systems operating in the spectral ranges of 3-5 μm and 8-14 μm should be called multispectral thermal imagers (MST).

При реализации отображающих спектрометров (ОС) используются как методы непосредственной оптической фильтрации принимаемого излучения с помощью перестраиваемых оптических фильтров различных видов (акустооптические, интерференционные, интерференционно-поляризационные и др.), так и методы выделения спектральных изображений, основанные на компьютерной обработке оптических полей, регистрируемых матричным приемником (например, сигналов после Фурье-интерферометра, голограмм и др.).When implementing imaging spectrometers (OS), both direct optical filtering methods of the received radiation are used using tunable optical filters of various kinds (acousto-optical, interference, interference-polarizing, etc.), and spectral image extraction methods based on computer processing of optical fields recorded matrix receiver (for example, signals after the Fourier interferometer, holograms, etc.).

Известны различные типы отображающих спектрометров, использующих перечисленные выше методы обработки оптических излучений [R.Glenn Sellar, Glenn D.Boreman. Classification of imaging spectrometers for remote sensing applications // Optical Engineering, January 2005./ Vol.44(1)]. Эти отображающие спектрометры требуют определенного времени для накопления пространственной и спектральной информации о наблюдаемом объекте и, следовательно, не пригодны для регистрации быстропротекающих процессов (явлений). Для получения пространственной и спектральной информации необходимо формирование трех массивов данных: массивов по каждой из двух пространственных координат и массива спектральной информации о каждой точке изображения, определенной во многих узких спектральных полосах, принадлежащих исследуемому достаточно широкому спектральному диапазону. Такая трехмерная природа накопления данных привела к термину 3D, или "куб данных". Чем больший объем имеет 3D и чем с большей скоростью он создается, и далее чем с большей скоростью воспроизводятся его пространственные и спектральные выборки, тем эффективнее работает спектрометр отображения. Возможности быстрого получения 3D определяются как конструктивными особенностями ОС (Hard ОС), так методами обработки информации (Soft ОС).Various types of imaging spectrometers are known using the above optical radiation processing methods [R. Glenn Sellar, Glenn D. Boreman. Classification of imaging spectrometers for remote sensing applications // Optical Engineering, January 2005./ Vol. 44 (1)]. These imaging spectrometers require a certain time for the accumulation of spatial and spectral information about the observed object and, therefore, are not suitable for recording fast-moving processes (phenomena). To obtain spatial and spectral information, it is necessary to form three data arrays: arrays for each of the two spatial coordinates and an array of spectral information about each image point defined in many narrow spectral bands belonging to the studied fairly wide spectral range. This three-dimensional nature of data storage has led to the term 3D, or "data cube." The larger the volume 3D has and the faster it is created, and the further its spatial and spectral samples are reproduced, the more efficiently the display spectrometer works. The possibilities of quickly obtaining 3D are determined both by the design features of the OS (Hard OS) and by the methods of information processing (Soft OS).

Аналогом (близким по конструкции) является ОС, описанный в Christopher M.Gittins and William J. Marinelli. "LWIR multispectral imaging chemical sensor" // Proc. of SPIE, 1998. Vol.3533. (SPIE Paper №3533-13), содержащий интерферометр Фабри-Перо, с прецизионной перестройкой расстояния между зеркалами с отражающими интерференционными покрытиями, причем отражающие поверхности зеркал перпендикулярны оптической оси ОС, вдоль которой распространяется фильтруемое излучение; матричный приемник на основе соединения кадмий-ртуть-теллур с электронным блоком обработки информации, соединенный с монитором, воспроизводящим спектральные изображения; полосовой охлаждаемый фильтр, пропускающий излучение только в спектральной рабочей полосе ОС; оптические элементы (линзы или зеркала), согласующие сечение и угол расхождения фильтруемого потока излучения с входным отверстием и апертурным углом матричного приемника; вращающийся механический модулятор принимаемого излучения; электромеханическое устройство, обеспечивающее двухосное сканирование мгновенного угла поля зрения ОС. Рассматриваемый ОС обеспечивает принципиальную возможность получения моноспектральных изображений в рабочем спектральном диапазоне от 9.5 до 11.5 мкм в узких спектральных полосах шириной Δλ≈7 см-1 (при относительном спектральном разрешении λ/Δλ>100). Настройка на фильтрацию выбранной длины волны происходит путем прецизионной перестройки расстояния между зеркалами интерферометра. Зеркала интерферометра имеют диэлектрические отражающие покрытия, обеспечивающие отражение 94% в рабочем спектральном диапазоне. Время настройки интерферометра на отдельную выбранную длину волны не менее 1.3 мс.An analogue (similar in design) is the OS described in Christopher M. Gittins and William J. Marinelli. "LWIR multispectral imaging chemical sensor" // Proc. of SPIE, 1998. Vol. 3533. (SPIE Paper No. 3533-13) comprising a Fabry-Perot interferometer with precision adjustment of the distance between mirrors with reflective interference coatings, the reflecting surfaces of the mirrors being perpendicular to the optical axis of the OS along which the filtered radiation propagates; a matrix receiver based on a cadmium-mercury-tellurium compound with an electronic information processing unit, connected to a monitor reproducing spectral images; a band-pass cooled filter that transmits radiation only in the spectral operating band of the OS; optical elements (lenses or mirrors) matching the cross section and the angle of divergence of the filtered radiation flux with the inlet and the aperture angle of the matrix receiver; rotating mechanical modulator of received radiation; an electromechanical device that provides biaxial scanning of the instantaneous angle of view of the OS. The OS under consideration provides the fundamental possibility of obtaining monospectral images in the working spectral range from 9.5 to 11.5 μm in narrow spectral bands with a width of Δλ≈7 cm -1 (with a relative spectral resolution of λ / Δλ> 100). Tuning to filter the selected wavelength occurs by precision adjustment of the distance between the mirrors of the interferometer. The interferometer mirrors have dielectric reflective coatings providing a reflection of 94% in the working spectral range. The setup time of the interferometer for an individual selected wavelength is at least 1.3 ms.

Для накопления полного куба пространственной и спектральной информации электромеханическое устройство, обеспечивающее двухосное сканирование мгновенного угла поля зрения ОС, за 9 с производит 288 дискретных позиционирований, причем во время каждого позиционирования производится сканирование интерферометра. При этом обеспечивается пространственное разрешение 48×48 элементов в пределах полного поля зрения ОС 40×40 градусов.To accumulate a full cube of spatial and spectral information, an electromechanical device that provides biaxial scanning of the instantaneous angle of view of the OS produces 288 discrete positions in 9 s, and an interferometer is scanned during each positioning. This ensures a spatial resolution of 48 × 48 elements within the full field of view of the OS 40 × 40 degrees.

Основным недостатком этого ОС (как и практически подавляющего большинства всех известных ОС) является невозможность регистрации быстропротекающих процессов (обусловленная необходимостью выполнения пространственного и (или) спектрального сканирования для накопления куба данных), т.к. время, требуемое для проведения сканирования, во много раз больше типичных длительностей быстропротекающих процессов (0.001-0.1 с).The main disadvantage of this OS (as well as the vast majority of all known OSs) is the impossibility of registering fast processes (due to the need to perform spatial and (or) spectral scanning to accumulate a data cube), because the time required for scanning is many times longer than typical durations of fast processes (0.001-0.1 s).

Наиболее близким аналогом - прототипом является отображающий спектрометр (RU, патент на изобретение 2331049, опубл. 10.08.2008 г.), содержащий интерферометр, изготовленный из германиевых пластин, установленных под углом Брюстера к оптической оси ОС, матричный приемник излучения с электронным блоком обработки информации, соединенный с монитором, воспроизводящим спектральные изображения, фильтр, пропускающий излучение только в спектральной рабочей полосе ОС и отрезающий излучение за пределами рабочего диапазона, оптические элементы (линзы и (или) зеркала), согласующие сечение и угол расхождения фильтруемого потока излучения с входным отверстием и апертурным углом матричного приемного устройства. Этот ОС обеспечивает принципиальную возможность одновременной фильтрации различных длин волн в спектральном диапазоне от 8 до 10.9 мкм только для лучей с поляризацией, перпендикулярной плоскости падения, падающих на интерферометры под различными углами. В результате появляется возможность одновременно регистрировать излучения с различными длинами волн без перестройки расстояний между зеркалами интерферометров за промежуток времени, равный одному кадру (длительность которого, например, в случае использования матричного приемника на основе соединения КРТ (кадмий-ртуть-теллур) оценивается величиной 10-4-10-2 с), и получать одновременно пространственную и спектральную информацию при регистрации быстропротекающих процессов.The closest analogue to the prototype is an imaging spectrometer (RU, patent for invention 2331049, published on 08/10/2008) containing an interferometer made of germanium plates mounted at a Brewster angle to the optical axis of the OS, a radiation matrix detector with an electronic information processing unit connected to a monitor that reproduces spectral images, a filter that transmits radiation only in the spectral operating band of the OS and cuts off radiation outside the operating range, optical elements (lenses and (or) Erkaev) matching section and the divergence angle of the radiation to be filtered flow to the inlet aperture angle and a matrix receiver. This OS provides the fundamental possibility of simultaneously filtering various wavelengths in the spectral range from 8 to 10.9 μm only for rays with polarization perpendicular to the plane of incidence, incident on interferometers at different angles. As a result, it becomes possible to simultaneously register radiation with different wavelengths without adjusting the distances between the interferometer mirrors for a period of time equal to one frame (the duration of which, for example, in the case of using a matrix detector based on the SRT (cadmium-mercury-tellurium) compound, is estimated as 10 - 4 -10 -2 s), and simultaneously receive spatial and spectral information at registration of fast processes.

Недостатком этого ОС является практическая невозможность оптимизировать К - параметр качества устройства, равный произведению (λn-λ1)/λm - относительного рабочего спектрального диапазона ОС на λm/Δλm - относительное спектральное разрешение ОС, поскольку для оптимизации К необходимо не только устанавливать необходимое расстояние между пластинами интерферометра d, но и угол наклона интерферометра θ. Однако в прототипе этот угол задан и должен быть равен углу Брюстера. Любое изменение этого угла в прототипе приведет к ухудшению относительного спектрального разрешения ОС, т.к. германиевые пластины интерферометров ОС не имеют отражающих покрытий (где К=(λn-λ1)/Δλm; λn и λ1 - соответственно длинноволновая и коротковолновая границы спектрального диапазона ОС; λm=λ1+(λn-λ1)/2; Δλm - полуширина полосы пропускания интерферометра для излучения с длиной волны λm).The disadvantage of this OS is the practical impossibility to optimize K - the product quality parameter equal to the product (λn-λ1) / λm - the relative operating spectral range of the OS by λm / Δλm - the relative spectral resolution of the OS, since it is necessary not only to establish the necessary distance between the plates to optimize K interferometer d, but also the angle of inclination of the interferometer θ. However, in the prototype, this angle is set and must be equal to the Brewster angle. Any change in this angle in the prototype will lead to a deterioration in the relative spectral resolution of the OS, because the germanium plates of the OS interferometers do not have reflective coatings (where K = (λn-λ1) / Δλm; λn and λ1 are the long-wave and short-wave boundaries of the spectral range of the OS, λm = λ1 + (λn-λ1) / 2; Δλm is the half-width of the pass band of the interferometer for radiation with a wavelength of λm).

Другими недостатками являются высокая стоимость реализации, обусловленная высокой стоимостью германия, из которого изготовлены пластины интерферометров, и невозможность накопления полного куба пространственной и спектральной информации при регистрации излучений от неподвижного объекта.Other disadvantages are the high cost of sales, due to the high cost of germanium, from which the plates of the interferometers are made, and the inability to accumulate a full cube of spatial and spectral information when registering radiation from a stationary object.

Общими признаками заявляемого изобретения и прототипа являются: наличие спектрального фильтрующего элемента - интерферометра; матричного приемника излучения с электронным блоком обработки информации, соединенного с монитором, воспроизводящим изображения; полосового фильтра, пропускающего излучение только в спектральной рабочей полосе ОС и отрезающего излучение за пределами рабочего диапазона.Common features of the claimed invention and prototype are: the presence of a spectral filter element - interferometer; matrix radiation receiver with an electronic information processing unit connected to a monitor that reproduces images; a band-pass filter that transmits radiation only in the spectral operating band of the OS and cuts off radiation outside the operating range.

Задачами изобретения являются обеспечение возможности оптимизировать параметр качества и получение оптимального сочетания величин относительного рабочего спектрального диапазона и относительного спектрального разрешения ОС, уменьшение стоимости устройства и обеспечение возможности накопления полного куба пространственной и спектральной информации при регистрации излучения от неподвижного объекта при сохранении возможности одновременной регистрации пространственной и спектральной информации при наблюдении быстропротекающих процессов.The objectives of the invention are to provide the opportunity to optimize the quality parameter and obtain the optimal combination of the relative operating spectral range and the relative spectral resolution of the OS, reducing the cost of the device and providing the possibility of accumulating a full cube of spatial and spectral information when registering radiation from a stationary object while maintaining the possibility of simultaneous registration of spatial and spectral observation information is fast flowing processes.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 представлены зависимости отношений длины волны к расстоянию между пластинами интерферометра (Z=λ/d) от α - угла падения излучения на пластины интерферометра: Z1(α), Z2(α), Z3(α), Z4(α), рассчитанные соответственно для первого, второго, третьего и четвертого порядков интерференции.Figure 1 shows the dependences of the ratio of the wavelength to the distance between the plates of the interferometer (Z = λ / d) on α - the angle of incidence of the radiation on the plates of the interferometer: Z1 (α), Z2 (α), Z3 (α), Z4 (α) calculated respectively for the first, second, third and fourth orders of interference.

На фиг.2 представлены контуры пропускания для рассматриваемого примера реализации интерферометра ОС, рассчитанные при µ=0.005; τ=0.045; r=0.9; t=0.6 cм и при расстоянии между пластинами интерферометра d=11.429 мкм для лучей, распространяющихся в плоскости падения под различными углами β=|α-θ| к оптической оси ОС.Figure 2 presents the transmission paths for the considered example of the implementation of the OS interferometer, calculated at µ = 0.005; τ = 0.045; r = 0.9; t = 0.6 cm and with a distance between the plates of the interferometer d = 11.429 μm for rays propagating in the plane of incidence at various angles β = | α-θ | to the optical axis of the OS.

На фиг.3 показана схема, поясняющая сущность ОС по варианту 1.Figure 3 shows a diagram explaining the essence of the OS according to option 1.

На фиг.4 показана схема, поясняющая сущность ОС по варианту 2.Figure 4 shows a diagram explaining the essence of the OS according to option 2.

Поставленные задачи решаются двумя вариантами устройства.The tasks are solved in two versions of the device.

По первому варианту.According to the first option.

В отображающем спектрометре, содержащем интерферометр, образованный двумя параллельными между собой плоскими пластинами, находящимися на расстоянии d друг от друга и изготовленными из материала, прозрачного для длин волн, принадлежащих рабочему спектральному диапазону спектрометра, объектив с фокусным расстоянием F и апертурным отверстием ⌀, матричный приемник излучения с электронным блоком обработки информации, соединенный с монитором, воспроизводящим изображения, причем интерферометр расположен перед объективом и наклонен под углом θ к оптической оси объектива, а матричный приемник установлен в фокальной плоскости объектива так, чтобы его строки были перпендикулярны плоскости, в которой находятся оптическая ось объектива и перпендикуляр к плоскости пластины интерферометра, восстановленный из точки пересечения оптической оси объектива с поверхностью пластины интерферометра, при этом между объективом и матричным приемником излучения помещен оптический фильтр, пропускающий излучение только в рабочем спектральном диапазоне спектрометра и отрезающий излучение за пределами рабочего диапазона, на обращенных друг к другу поверхностях пластин интерферометра нанесено отражающее покрытие, обладающее в спектральном диапазоне работы спектрометра коэффициентом отражения r и коэффициентом пропускания τ, при оптимизации параметра качества спектрометра К=(λn-λ1)/Δλm и получении оптимального сочетания величин относительного рабочего спектрального диапазона (λn-λ1)/λm и относительного спектрального разрешения λm/Δλm, конструкция спектрометра позволяет устанавливать размеры величин d, θ и F в соответствии со следующими соотношениями:In an imaging spectrometer containing an interferometer formed by two parallel flat plates located at a distance d from each other and made of a material transparent to wavelengths belonging to the spectral range of the spectrometer, a lens with a focal length F and aperture aperture ⌀, a matrix receiver radiation with an electronic information processing unit connected to a monitor that reproduces images, and the interferometer is located in front of the lens and tilted at an angle ohm θ to the optical axis of the lens, and the matrix receiver is mounted in the focal plane of the lens so that its lines are perpendicular to the plane in which the optical axis of the lens and the perpendicular to the plane of the interferometer plate are reconstructed from the point of intersection of the optical axis of the lens with the surface of the interferometer plate, at between this, an optical filter is placed between the lens and the radiation matrix detector, which transmits radiation only in the spectral range of the spectrometer and cuts off radiation outside the operating range, on the surfaces of the interferometer plates facing each other, a reflective coating is applied, which has a reflection coefficient r and a transmittance τ in the spectral range of the spectrometer operation while optimizing the quality parameter of the spectrometer K = (λn-λ1) / Δλm and obtaining the optimal combination of values relative working spectral range (λn-λ1) / λm and relative spectral resolution λm / Δλm, the spectrometer design allows you to set the sizes of d, θ and F in accordance with about the following relationships:

- при работе интерферометра в первом порядке интерференции- when the interferometer is in the first order of interference

d=0.96·λ1, λn=1.9·λ1,d = 0.96 λ1, λn = 1.9 λ1,

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

или при работе интерферометра во втором порядке интерференцииor when the interferometer is in the second order of interference

d=1.43·λ1, λn=1.414·λ1,d = 1.43 λ1, λn = 1.414 λ1,

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

или при работе интерферометра в третьем порядке интерференцииor when the interferometer is operating in the third order of interference

d=1.95·λ1, λn=1.3·λ1,d = 1.95 · λ1, λn = 1.3 · λ1,

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где λn и λ1 - соответственно длинноволновая и коротковолновая границы рабочего спектрального диапазона спектрометра; λm=λ1+(λn-λ1)/2;where λn and λ1 are, respectively, the long-wave and short-wave boundaries of the working spectral range of the spectrometer; λm = λ1 + (λn-λ1) / 2;

Δλm - полуширина полосы пропускания интерферометра для излучения с длиной волны λm; а - высота матричного приемника излучения.Δλm is the half-width of the pass band of the interferometer for radiation with a wavelength of λm; and - the height of the matrix radiation receiver.

Отражающие покрытия нанесены на пластины интерферометра для повышения его разрешающей способности.Reflective coatings are applied to the plates of the interferometer to increase its resolution.

Наклонный интерферометр в зависимости от величины n=(2·d/λ)·cosθ может работать в различных порядках интерференции. При первом порядке интерференции n=1, при втором порядке n=2, при третьем порядке n=3 и т.д. Настройка интерферометра на фильтрацию той или иной волны определяется зависимостями Z=λ/d от α - угла падения излучения на пластины интерферометра, рассчитанными для разных порядков интерференции. Подобные зависимости представлены на фиг.1, где зависимости Z1(α), Z2(α), Z3(α), Z4(α) рассчитаны соответственно для первого, второго, третьего и четвертого порядков интерференции.The inclined interferometer, depending on the value n = (2 · d / λ) · cosθ, can operate in different orders of interference. In the first order of interference n = 1, in the second order n = 2, in the third order n = 3, etc. The interferometer is tuned to filter this or that wave is determined by the dependences Z = λ / d on α - the angle of incidence of radiation on the plates of the interferometer, calculated for different orders of interference. Similar dependences are presented in Fig. 1, where the dependences Z1 (α), Z2 (α), Z3 (α), Z4 (α) are calculated for the first, second, third, and fourth orders of interference, respectively.

Эти зависимости поясняют выбор оптимальных основных конструктивных величин отображающих спектрометров d, θ, F, рассчитанных по выражениям, приведенным в формуле изобретения, из которых следует, что по мере увеличения порядка интерференции уменьшается относительный рабочий спектральный диапазон и увеличивается (вследствие увеличения d) относительное спектральное разрешение ОС. Наибольший диапазон спектральный перестройки (λn-λ1)/λm=0.622 достигается при работе в первом порядке интерференции при изменении угла падения излучения от 59° до 9° градусов, однако, как это следует из выражений, приведенных в формуле изобретения, уменьшение порядка интерференции связано с уменьшением расстояния между пластинами интерферометра, что, в свою очередь, приводит к уменьшению его добротности и к уменьшению разрешающей способности. Например, по заданным значениям λ1 и а (где а - высота матричного приемника излучения) можно рассчитать основные конструктивные параметры отображающего спектрометра и установить оптимальные величины d и θ, обеспечивающие предельно достижимые значения относительного рабочего спектрального диапазона и относительного спектрального разрешения ОС.These dependencies explain the choice of the optimal basic structural values of the reflecting spectrometers d, θ, F, calculated by the expressions given in the claims, from which it follows that as the order of interference increases, the relative operating spectral range decreases and the relative spectral resolution increases (due to an increase in d) OS The largest range of spectral tuning (λn-λ1) /λm=0.622 is achieved when operating in the first order of interference when the angle of incidence of the radiation is changed from 59 ° to 9 ° degrees, however, as follows from the expressions given in the claims, a decrease in the order of interference is associated with a decrease in the distance between the plates of the interferometer, which, in turn, leads to a decrease in its quality factor and to a decrease in resolution. For example, given the values of λ1 and a (where a is the height of the radiation matrix detector), it is possible to calculate the main design parameters of the imaging spectrometer and establish the optimal values of d and θ that provide the maximum achievable values of the relative operating spectral range and relative spectral resolution of the OS.

Для рассматриваемого примера реализации ОС в качестве материала для пластин интерферометра выбран фтористый барий. На обращенных друг к другу и параллельных между собой гранях пластин нанесено отражающее покрытие. Пластины имеют следующие размеры: длина L=3.5 см, ширина b=2.5 см, толщина t=0.6 см. Интерферометр установлен под углом θ к оптической оси ОС.For the considered example of OS implementation, barium fluoride is selected as the material for the interferometer plates. On the faces of the plates facing each other and parallel to each other, a reflective coating is applied. The plates have the following dimensions: length L = 3.5 cm, width b = 2.5 cm, thickness t = 0.6 cm. The interferometer is installed at an angle θ to the optical axis of the OS.

Фокусное расстояние объектива тепловизора выбирается таким образом, чтобы лучи регистрируемого фильтруемого излучения, распространяющиеся под максимальными углами β к оптической оси устройства, фокусировались на крайние строки матричного приемника тепловизора. Например, при работе во втором порядке интерференции при размере матрицы 2×2 см для этого требуется объектив с фокусным расстоянием F=3 см, который при апертурном отверстии объектива ⌀=2.1 см (т.е. при относительном отверстии 0.7) обеспечивает в плоскости матричного приемника диаметр сфокусированной моды Do=32 мкм (при λ≈10 мкм).The focal length of the lens of the thermal imager is selected so that the rays of the detected filtered radiation propagating at maximum angles β to the optical axis of the device are focused on the extreme lines of the matrix receiver of the thermal imager. For example, when working in the second order of interference with a matrix size of 2 × 2 cm, this requires a lens with a focal length of F = 3 cm, which, when the lens aperture is ⌀ = 2.1 cm (i.e., with a relative aperture of 0.7), provides in the plane of the matrix The diameter of the focused mode detector is Do = 32 μm (at λ≈10 μm).

Ниже приведены результаты расчетов оптимальных конструктивных и выходных параметров ОС, работающих в первом, втором или третьем порядках интерференции.Below are the results of calculations of the optimal design and output parameters of the operating system operating in the first, second or third orders of interference.

Спектрометр, работающий в первом порядке интерференции,A spectrometer operating in the first order of interference,

при λ1=8 мкм; а=2 см имеет:at λ1 = 8 μm; a = 2 cm has:

λn=15.23 мкм; d=7.7 мкм; θ=33.39°; F=2.1 см; λm=11.615 мкм;λn = 15.23 μm; d = 7.7 μm; θ = 33.39 °; F = 2.1 cm; λm = 11.615 μm;

(λn-λ1)/λm=0.622; λm/Δλm=130.3; K=(λn-λ1)/Δλm=81.(λn-λ1) /λm=0.622; λm / Δλm = 130.3; K = (λn-λ1) / Δλm = 81.

При этом Ф - плоский угол поля зрения ОС будет равен:In this case, F is the flat angle of the OS field of view will be equal to:

Figure 00000007
Figure 00000007

Спектрометр, работающий во втором порядке интерференции,A spectrometer operating in the second order of interference,

при λ1=8 мкм; а=2 см имеет:at λ1 = 8 μm; a = 2 cm has:

λn=11.315 мкм; d=11.429 мкм; θ=26.837°; F=3 cм; λm=9.657 мкм;λn = 11.315 μm; d = 11.429 μm; θ = 26.837 °; F = 3 cm; λm = 9.657 μm;

(λn-λ1)/λm=0.343; λm/Δλm=193.6; K=(λn-λ1)/Δλm=55.(λn-λ1) /λm=0.343; λm / Δλm = 193.6; K = (λn-λ1) / Δλm = 55.

При этом Ф - плоский угол поля зрения ОС будет равен:In this case, F is the flat angle of the OS field of view will be equal to:

Figure 00000008
Figure 00000008

Спектрометр, работающий в третьем порядке интерференции,A spectrometer operating in the third order of interference,

при λ1=8 мкм; а=2 см имеет:at λ1 = 8 μm; a = 2 cm has:

λn=10.381 мкм; d=15.564 мкм; θ=21.59°; F=3.1 см; λm=9.19 мкм;λn = 10.381 μm; d = 15.564 μm; θ = 21.59 °; F = 3.1 cm; λm = 9.19 μm;

(λn-λ1)/λm=0.298; λm/Δλm=209.1; K=(λn-λ1)/Δλm=54.(λn-λ1) / λm = 0.298; λm / Δλm = 209.1; K = (λn-λ1) / Δλm = 54.

При этом Ф - плоский угол поля зрения ОС будет равен:In this case, F is the flat angle of the OS field of view will be equal to:

Figure 00000009
Figure 00000009

Таким образом, при увеличении порядка интерференции (путем увеличения расстояния между зеркалами интерферометра) увеличивается относительная спектральная разрешающая способность ОС, однако при этом уменьшаются относительный спектральный диапазон работы ОС и плоский угол поля зрения ОС. Используя выражения, приведенные в формуле изобретения, можно обеспечить возможности выбора оптимального сочетания относительного рабочего спектрального диапазона и относительного спектрального разрешения ОС, т.е. оптимизировать параметр качества К, который равен числу разрешаемых спектральных полос в рабочем диапазоне ОС.Thus, with an increase in the order of interference (by increasing the distance between the mirrors of the interferometer), the relative spectral resolution of the OS increases, however, the relative spectral range of the OS and the flat angle of the field of view of the OS decrease. Using the expressions given in the claims, it is possible to provide the possibility of choosing the optimal combination of the relative operating spectral range and the relative spectral resolution of the OS, i.e. optimize the quality parameter K, which is equal to the number of resolved spectral bands in the operating range of the OS.

Приведем основные соотношения, описывающие аппаратную функцию ОС. Можно показать, что Т(α, λ, d, r(λ), τ(λ), n(λ), ξ(λ)) - пропускание подобного интерферометра следующим образом зависит от α - угла падения фильтруемого луча на зеркала интерферометра, длины волны λ, расстояния между внутренними гранями пластин интерферометра d, коэффициента отражения одного зеркала интерферометра r(λ), коэффициента пропускания одного зеркала интерферометра τ(λ), коэффициента преломления среды между зеркалами интерферометра n(λ), коэффициента поглощения материала пластин интерферометра ξ(λ).Here are the basic relationships that describe the hardware function of the OS. It can be shown that T (α, λ, d, r (λ), τ (λ), n (λ), ξ (λ)) - the transmission of such an interferometer as follows depends on α - the angle of incidence of the filtered beam on the mirrors of the interferometer, wavelength λ, the distance between the inner faces of the plates of the interferometer d, the reflection coefficient of one mirror of the interferometer r (λ), the transmittance of one mirror of the interferometer τ (λ), the refractive index of the medium between the mirrors of the interferometer n (λ), the absorption coefficient of the material of the plates of the interferometer ξ ( λ).

Figure 00000010
где r(λ)=1-(µ(λ)+τ(λ)), µ(λ) - поглощение в отражающем покрытии зеркала интерферометра, t - толщина пластины интерферометра.
Figure 00000010
where r (λ) = 1- (µ (λ) + τ (λ)), µ (λ) is the absorption in the reflective coating of the mirror of the interferometer, t is the thickness of the plate of the interferometer.

На фиг.2 представлены контуры пропускания для рассматриваемого примера реализации интерферометра ОС, рассчитанные при µ=0.005; τ=0.045; r=0.9; t=0.6 см и при расстоянии между пластинами интерферометра d=11.429 мкм для лучей, распространяющихся в плоскости падения под различными углами β=|α-θ| к оптической оси ОС.Figure 2 presents the transmission paths for the considered example of the implementation of the OS interferometer, calculated at µ = 0.005; τ = 0.045; r = 0.9; t = 0.6 cm and with a distance between the plates of the interferometer d = 11.429 μm for rays propagating in the plane of incidence at various angles β = | α-θ | to the optical axis of the OS.

Видно, что по мере изменения угла β, под которым распространяются в плоскости падения фильтруемые лучи, плавно изменяется длина фильтруемой волны от λмин=8 мкм (при β=18.74°) до λмах=11.25 мкм (при β=-18.74°), и уменьшается (вследствие увеличения поглощения излучения в пластинах интерферометра) пропускание интерферометра.It can be seen that as the angle β changes, at which the filtered rays propagate in the plane of incidence, the filtered wavelength gradually changes from λ min = 8 μm (at β = 18.74 °) to λ max = 11.25 μm (at β = -18.74 °) , and decreases (due to increased absorption of radiation in the plates of the interferometer) the transmission of the interferometer.

По этим зависимостям можно определить Δλm - полуширину контура пропускания интерферометра.From these dependences it is possible to determine Δλm - the half-width of the transmission path of the interferometer.

Так, для излучения с длиной волны около 10 мкм Δλm=0.06 мкм.So, for radiation with a wavelength of about 10 μm, Δλm = 0.06 μm.

По второму варианту (п.2 формулы) в отображающий спектрометр по п.1 дополнительно введены два одинаковых прямоугольных плоских зеркала длиной L>1.42·⌀ и шириной b>⌀, первое из которых установлено перед интерферометром так, чтобы оптическая ось объектива пересекала геометрический центр этого зеркала под углом 45° к его поверхности, а плоскость, в которой расположен этот угол, была перпендикулярна строкам матричного приемника излучения, при этом отражающая поверхность зеркала обращена к интерферометру, второе зеркало установлено параллельно первому так, чтобы расстояние между зеркалами h>1.42·⌀ и его отражающая поверхность была обращена к отражающей поверхности первого зеркала, причем второе зеркало установлено с возможностью прецизионного вращения вокруг оси, параллельной строкам матричного приемника и проходящей через геометрический центр второго зеркала.According to the second variant (claim 2 of the formula), two identical rectangular planar mirrors of length L> 1.42 · ⌀ and width b> ⌀ are additionally introduced into the imaging spectrometer according to claim 1, the first of which is installed in front of the interferometer so that the optical axis of the lens intersects the geometric center of this mirror at an angle of 45 ° to its surface, and the plane in which this angle is located was perpendicular to the rows of the matrix radiation receiver, while the reflecting surface of the mirror was facing the interferometer, the second mirror was installed in parallel the first so that the distance between the mirrors h> 1.42 · ⌀ and its reflective surface is facing the reflective surface of the first mirror, and the second mirror is mounted with the possibility of precision rotation around an axis parallel to the rows of the matrix receiver and passing through the geometric center of the second mirror.

Величины L, b и h выбираются по соотношениям, приведенным выше, таким образом, чтобы дополнительно введенные зеркала не ограничивали угол поля зрения ОС по п.1.The values of L, b and h are selected according to the relationships given above, so that the additionally introduced mirrors do not limit the angle of view of the OS according to claim 1.

Сущность устройства по первому варианту поясняется фиг.3.The essence of the device according to the first embodiment is illustrated in Fig.3.

Устройство содержит:The device contains:

1 - интерферометр, образованный двумя параллельными между собой плоскими пластинами, находящимися на расстоянии d друг от друга и изготовленными из материала, прозрачного для длин волн, принадлежащих рабочему диапазону спектрометра, интерферометр наклонен под углом θ к оптической оси объектива и изготовлен с возможностью управляемого прецизионного изменения расстояния между пластинами, на обращенных друг к другу поверхностях которых нанесено отражающее покрытие;1 - an interferometer formed by two parallel flat plates located at a distance d from each other and made of a material transparent to wavelengths belonging to the working range of the spectrometer, the interferometer is inclined at an angle θ to the optical axis of the lens and is made with the possibility of controlled precision change the distance between the plates, on the facing surfaces of each other which is coated with a reflective coating;

2 - объектив с фокусным расстоянием F и апертурным отверстием ⌀;2 - a lens with a focal length F and an aperture hole ⌀;

3 - входное окно матричного фотоприемного устройства;3 - input window of the matrix photodetector;

4 - полосовой фильтр, отрезающий излучение с длинами волн, находящимися за пределами рабочего спектрального диапазона фильтрующего устройства;4 - band-pass filter that cuts off radiation with wavelengths outside the working spectral range of the filtering device;

5 - матричный приемник излучения высотой а;5 - matrix radiation detector of height a;

6 - монитор тепловизора.6 - monitor imager.

Интерферометр изготовлен с возможностью юстировки по углу θ путем прецизионных поворотов вокруг оси, проходящей через его геометрический центр и параллельной оси X.The interferometer is made with the possibility of alignment along the angle θ by precision rotations around an axis passing through its geometric center and parallel to the X axis.

Сущность устройства по второму варианту поясняется фиг.4.The essence of the device according to the second embodiment is illustrated in figure 4.

Устройство содержит:The device contains:

1 - интерферометр, образованный двумя параллельными между собой плоскими пластинами, находящимися на расстоянии d друг от друга и изготовленными из материала, прозрачного для длин волн, принадлежащих рабочему диапазону спектрометра, интерферометр наклонен под углом θ к оптической оси объектива и изготовлен с возможностью управляемого прецизионного изменения расстояния между пластинами, на обращенных друг к другу поверхностях которых нанесено отражающее покрытие;1 - an interferometer formed by two parallel flat plates located at a distance d from each other and made of a material transparent to wavelengths belonging to the working range of the spectrometer, the interferometer is inclined at an angle θ to the optical axis of the lens and is made with the possibility of controlled precision change the distance between the plates, on the facing surfaces of each other which is coated with a reflective coating;

2 - объектив с фокусным расстоянием F и апертурным отверстием ⌀;2 - a lens with a focal length F and an aperture hole ⌀;

3 - входное окно матричного фотоприемного устройства;3 - input window of the matrix photodetector;

4 - полосовой фильтр, отрезающий излучение с длинами волн, находящимися за пределами рабочего спектрального диапазона фильтрующего устройства;4 - band-pass filter that cuts off radiation with wavelengths outside the working spectral range of the filtering device;

5 - матричный приемник излучения высотой а;5 - matrix radiation detector of height a;

6 - монитор тепловизора;6 - monitor imager;

7 и 8 - дополнительно введенные зеркала, каждое длиной L>1.42·⌀ и шириной b>⌀, находящиеся на расстоянии друг от друга h>1.42·⌀.7 and 8 are additionally introduced mirrors, each of length L> 1.42 · ⌀ and width b> ⌀, located at a distance from each other h> 1.42 · ⌀.

Устройство по первому варианту работает следующим образом.The device according to the first embodiment works as follows.

Полихроматическое излучение от исследуемого объекта (сцены), поступающее на вход оптической устройства, распространяется вдоль ее оптической оси в пределах угла поля зрения 2·β и проходит через интерферометр 1. При этом излучение испытывают многократные отражения внутри интерферометра (явление многолучевой интерференции), в результате чего из спектральных составляющих излучения после прохождения интерферометра будут выделены узкие спектральные линии с длинами волн, определяемыми расстоянием между зеркалами интерферометра d и α - углами падения лучей на зеркала интерферометра. Далее излучение проходит через объектив 2, входное окно матричного приемника излучения 3, полосовой оптический фильтр 4, пропускающий излучение только с длинами волн, соответствующими выбранному рабочему спектральному диапазону, и попадает на матричный приемник излучения 5, расположенный в фокальной плоскости объектива 2. Фокусное расстояние объектива F рассчитано так, чтобы лучи регистрируемого фильтруемого излучения, распространяющиеся под максимальными углами β к оптической оси устройства, фокусировались на крайние строки матричного приемника излучения 5, соединенного с монитором 6, воспроизводящим спектральные изображения. Например при размере матрицы 2×2 см и работе во втором порядке интерференции для этого требуется объектив с фокусным расстоянием F=3 см, который при диаметре объектива 2.1 см (т.е. при относительном отверстии 0.7) обеспечивает в плоскости матричного приемника диаметр сфокусированной моды Do=32 мкм (при λ=10 мкм).Polychromatic radiation from the studied object (scene) entering the input of the optical device propagates along its optical axis within the angle of view 2 · β and passes through the interferometer 1. In this case, the radiation experiences multiple reflections inside the interferometer (the phenomenon of multipath interference), as a result which, from the spectral components of the radiation after passing through the interferometer, narrow spectral lines with wavelengths determined by the distance between the mirrors of the interferometer d and α - angle mi falling rays on the mirrors of the interferometer. Then the radiation passes through the lens 2, the input window of the matrix radiation receiver 3, a band-pass optical filter 4, transmitting radiation only with wavelengths corresponding to the selected working spectral range, and falls on the radiation matrix receiver 5 located in the focal plane of the lens 2. The focal length of the lens F is designed so that the rays of the detected filtered radiation propagating at maximum angles β to the optical axis of the device are focused on the extreme rows of the matrix about a radiation receiver 5 connected to a monitor 6 reproducing spectral images. For example, with a matrix size of 2 × 2 cm and operation in the second order of interference, this requires a lens with a focal length F = 3 cm, which, with a lens diameter of 2.1 cm (i.e., with a relative aperture of 0.7), provides a focused mode diameter in the plane of the matrix receiver Do = 32 μm (at λ = 10 μm).

Таким образом, из полихроматического луча, излучаемого участком сцены, оптически сопряженным с одним из пикселов матричного приемника, принадлежащем строке с номером i, будет выделено (отфильтровано) и сфокусировано на этот пиксел матрицы излучение с длиной волны λi, соответствующей угловой координате этой строки βi. В рассматриваемом примере реализации при работе во втором порядке интерференции βмин=-18.74°≤βi≤βмах=18.74°. βi - угол наклона плоскости (в которой распространяется луч) к оптической оси ОС. При этом угол поля зрения тепловизора в плоскости ZY будет равен |βмин|+βмаx=37.48°.Thus, from a polychromatic ray emitted by a scene portion optically conjugated to one of the pixels of the matrix receiver belonging to row number i, radiation with a wavelength λi corresponding to the angular coordinate of this row βi will be focused and focused on this pixel of the matrix. In the considered implementation example, when operating in the second order of interference, β min = -18.74 ° ≤βi≤β max = 18.74 °. βi is the angle of inclination of the plane (in which the beam propagates) to the optical axis of the OS. In this case, the angle of view of the thermal imager in the ZY plane will be | β min | + β max = 37.48 °.

Очевидно, что в результате такой оптической фильтрации на матрице формируется "разноцветное" изображение наблюдаемого объекта, где на каждую строку поступает излучение от оптически сопряженных с ней точек объекта на длине волны, соответствующей порядковому номеру (угловой координате βi) этой строки.Obviously, as a result of such optical filtering, a “multi-colored” image of the observed object is formed on the matrix, where radiation from the optically conjugated points of the object at a wavelength corresponding to the serial number (angular coordinate βi) of this line is received on each line.

Максимальное число мод М с длиной волны λ=10 мкм (предельное число точек изображения на длине волны λ), которое пропускает рассматриваемое фильтрующее устройство, рассчитанное по выражению (2), равно 1150×1150.The maximum number of modes M with a wavelength of λ = 10 μm (the limiting number of image points at a wavelength of λ) that passes the filtering device in question, calculated by expression (2), is 1150 × 1150.

Figure 00000011
Figure 00000011

Полный "куб данных" о наблюдаемом объекте может быть получен при движении объекта вдоль оси Z в пределах полного угла поля зрения МСТ.A complete “cube of data” about the observed object can be obtained by moving the object along the Z axis within the full angle of the MCT field of view.

Устройство по второму варианту работает так же, как и устройство по первому варианту, однако благодаря наличию двух дополнительных зеркал 7 и 8 позволяет получать полный "куб данных" о наблюдаемом неподвижном объекте.The device according to the second embodiment works in the same way as the device according to the first embodiment, however, due to the presence of two additional mirrors 7 and 8, it allows to obtain a complete “cube of data” about the observed stationary object.

Для получения полного "куба данных" о неподвижных объектах необходимо провести (с помощью прецизионного вращения зеркала 8) сканирование изображения объекта по матрице так, чтобы изображение объекта перемещалось в направлении, перпендикулярном строкам матрицы. При этом из излучения, исходящего от каждого фрагмента наблюдаемого объекта, отфильтровывается излучение с длиной волны, соответствующей номеру той строки, на один из чувствительных элементов которой в данный момент фокусируется это излучение. Сканирование можно производить дискретными шагами или непрерывно. При шаговом сканировании за каждый шаг изображение каждой точки объекта перемещается на соседнюю строку. За время между двумя последовательными шагами производится регистрация и запись в памяти компьютера сигналов от всех элементов матрицы - запись кадра. В случае непрерывного сканировании запись кадра проводится за время перемещения изображения каждой точки изображения на чувствительный элемент соседней строки.To obtain a complete “cube of data” about immovable objects, it is necessary (using the precision rotation of mirror 8) to scan the image of the object along the matrix so that the image of the object moves in a direction perpendicular to the rows of the matrix. In this case, radiation with a wavelength corresponding to the number of the line on which one of the sensitive elements this radiation is currently focused is filtered out from the radiation emanating from each fragment of the observed object. Scanning can be done in discrete steps or continuously. During step-by-step scanning, for each step, the image of each point of the object moves to the next line. During the time between two consecutive steps, the signals from all matrix elements are recorded and recorded in the computer’s memory - frame recording. In the case of continuous scanning, a frame is recorded during the movement of the image of each image point on the sensitive element of the adjacent line.

Таким образом, для записи "многоспектрального" изображения объекта требуется записать число кадров, равное удвоенному числу строк матрицы. Далее из полученного трехмерного (две пространственные и спектральная координаты) массива информации на монитор можно выводить моноспектральное изображение - изображение объекта в выбранном узком спектральном диапазоне.Thus, to record a “multispectral” image of an object, it is necessary to record the number of frames equal to twice the number of rows of the matrix. Further, from the obtained three-dimensional (two spatial and spectral coordinates) information array, a monospectral image — an image of an object in a selected narrow spectral range — can be displayed on a monitor.

Claims (2)

1. Отображающий спектрометр, содержащий интерферометр, образованный двумя параллельными между собой плоскими пластинами, находящимися на расстоянии d друг от друга и изготовленными из материала, прозрачного для длин волн, принадлежащих рабочему спектральному диапазону спектрометра, объектив с фокусным расстоянием F и апертурным отверстием ⌀, матричный приемник излучения с электронным блоком обработки информации, соединенный с монитором, воспроизводящим изображения, причем интерферометр расположен перед объективом и наклонен под углом θ к оптической оси объектива, а матричный приемник установлен в фокальной плоскости объектива так, чтобы его строки были перпендикулярны плоскости, в которой находятся оптическая ось объектива и перпендикуляр к плоскости пластины интерферометра, восстановленный из точки пересечения оптической оси объектива с поверхностью пластины интерферометра, при этом между объективом и матричным приемником излучения помещен оптический фильтр, пропускающий излучение только в рабочем спектральном диапазоне спектрометра и отрезающий излучение за пределами рабочего диапазона, отличающийся тем, что на обращенных друг к другу поверхностях пластин интерферометра нанесено отражающее покрытие, обладающее в спектральном диапазоне работы спектрометра коэффициентом отражения r и коэффициентом пропускания τ, при оптимизации параметра качества спектрометра K=(λn-λ1)/Δλm и получении оптимального сочетания величин относительного рабочего спектрального диапазона (λn-λ1)λm и относительного спектрального разрешения λm/Δλm конструкция спектрометра позволяет устанавливать размеры величин d, θ и F в соответствии со следующими соотношениями: при работе интерферометра в первом порядке интерференции d=0,96·λ1, λn-1,9·λ1,
Figure 00000012

Figure 00000013

или при работе интерферометра во втором порядке интерференции
d=1,43·λ1, λn=1,414·λ1,
Figure 00000014

Figure 00000015

или при работе интерферометра в третьем порядке интерференции
d=1,95·λ1, λn=1,3·λ1,
Figure 00000016

Figure 00000017

где λn и λ1 - соответственно, длинноволновая и коротковолновая границы рабочего спектрального диапазона спектрометра;
λm=λ1+(λn-λ1)/2; Δλm - полуширина полосы пропускания интерферометра для излучения с длиной волны λm;
а - высота матричного приемника излучения.
1. Image spectrometer containing an interferometer formed by two parallel flat plates located at a distance d from each other and made of a material transparent to wavelengths belonging to the spectral range of the spectrometer, a lens with a focal length F and an aperture hole отверст, a matrix a radiation receiver with an electronic information processing unit, connected to a monitor that reproduces the image, and the interferometer is located in front of the lens and tilted at an angle m θ to the optical axis of the lens, and the matrix receiver is mounted in the focal plane of the lens so that its lines are perpendicular to the plane in which the optical axis of the lens and the perpendicular to the plane of the interferometer plate are reconstructed from the point of intersection of the optical axis of the lens with the surface of the interferometer plate, at between this, an optical filter is placed between the lens and the radiation matrix detector, which transmits radiation only in the spectral range of the spectrometer and cuts off radiation outside the operating range, characterized in that the reflector coating is applied to the surfaces of the interferometer plates facing each other, having a reflection coefficient r and a transmission coefficient τ in the spectral range of the spectrometer’s operation, while optimizing the quality parameter of the spectrometer K = (λn-λ1) / Δλm and obtaining the optimal combination of the values of the relative working spectral range (λn-λ1) λm and the relative spectral resolution λm / Δλm, the spectrometer design allows you to set the sizes of the quantities d, θ and F in accordance with the following relationships: when the interferometer is in the first order of interference, d = 0.96 · λ1, λn-1.9 · λ1,
Figure 00000012

Figure 00000013

or when the interferometer is in the second order of interference
d = 1.43 · λ1, λn = 1.414 · λ1,
Figure 00000014

Figure 00000015

or when the interferometer is operating in the third order of interference
d = 1.95 · λ1, λn = 1.3 · λ1,
Figure 00000016

Figure 00000017

where λn and λ1 are, respectively, the long-wave and short-wave boundaries of the working spectral range of the spectrometer;
λm = λ1 + (λn-λ1) / 2; Δλm is the half-width of the pass band of the interferometer for radiation with a wavelength of λm;
and - the height of the matrix radiation receiver.
2. Отображающий спектрометр по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два одинаковых прямоугольных плоских зеркала длиной L>1,42·⌀ и шириной b>⌀, первое из которых установлено перед интерферометром так, чтобы оптическая ось объектива пересекала геометрический центр этого зеркала под углом 45° к его поверхности, а плоскость, в которой расположен этот угол, была перпендикулярна строкам матричного приемника излучения, при этом отражающая поверхность зеркала обращена к интерферометру, второе зеркало установлено параллельно первому так, чтобы расстояние между зеркалами h>1,42·⌀ и его отражающая поверхность была обращена к отражающей поверхности первого зеркала, причем второе зеркало установлено с возможностью прецизионного вращения вокруг оси, параллельной строкам матричного приемника и проходящей через геометрический центр второго зеркала. 2. The imaging spectrometer according to claim 1, characterized in that two identical rectangular flat mirrors of length L> 1.42 · ⌀ and width b> ⌀ are additionally introduced into it, the first of which is installed in front of the interferometer so that the optical axis of the lens intersects the geometric the center of this mirror is at an angle of 45 ° to its surface, and the plane in which this angle is located is perpendicular to the rows of the matrix radiation receiver, while the reflecting surface of the mirror faces the interferometer, the second mirror is parallel to so that the distance between the mirrors h> 1.42 · ⌀ and its reflecting surface is facing the reflective surface of the first mirror, and the second mirror is mounted with the possibility of precision rotation around an axis parallel to the rows of the matrix receiver and passing through the geometric center of the second mirror.
RU2008137189/28A 2008-09-16 2008-09-16 Displaying spectrometre RU2377510C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137189/28A RU2377510C1 (en) 2008-09-16 2008-09-16 Displaying spectrometre

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137189/28A RU2377510C1 (en) 2008-09-16 2008-09-16 Displaying spectrometre

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2377510C1 true RU2377510C1 (en) 2009-12-27

Family

ID=41643091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137189/28A RU2377510C1 (en) 2008-09-16 2008-09-16 Displaying spectrometre

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2377510C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014117023A1 (en) 2013-11-29 2015-06-03 Samara State Aerospace University Imaging hyperspectrometer based on a diffraction grating with variable furrow height

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461477A (en) * 1993-02-23 1995-10-24 Physical Sciences, Inc. Method and apparatus for imaging
RU2190197C1 (en) * 2001-12-17 2002-09-27 Атнашев Виталий Борисович Spectrometry method and device for its realization ( variants )
RU2287784C1 (en) * 2005-06-07 2006-11-20 Автономная некоммерческая организация "Секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" Российской инженерной академии" Fourier spectrometer
RU2331049C2 (en) * 2006-07-31 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" ФГУП "НПО "ОРИОН" Displaying spectrometer (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461477A (en) * 1993-02-23 1995-10-24 Physical Sciences, Inc. Method and apparatus for imaging
RU2190197C1 (en) * 2001-12-17 2002-09-27 Атнашев Виталий Борисович Spectrometry method and device for its realization ( variants )
RU2287784C1 (en) * 2005-06-07 2006-11-20 Автономная некоммерческая организация "Секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" Российской инженерной академии" Fourier spectrometer
RU2331049C2 (en) * 2006-07-31 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" ФГУП "НПО "ОРИОН" Displaying spectrometer (versions)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014117023A1 (en) 2013-11-29 2015-06-03 Samara State Aerospace University Imaging hyperspectrometer based on a diffraction grating with variable furrow height

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20250347559A1 (en) Fabry-perot fourier transform spectrometer
Tack et al. A compact, high-speed, and low-cost hyperspectral imager
CN105527021B (en) A kind of Pixel-level scanning optical spectrum imaging system and imaging method based on Digital Micromirror Device
EP2816389B1 (en) A method for producing a mirror for a Fabry-Perot interferomete
CN113557415B (en) Compact hyperspectral mid-infrared spectrometer
US7330266B2 (en) Stationary fourier transform spectrometer
JP2020053910A (en) Optical device and imaging device
US9857223B2 (en) Proximity focus imaging interferometer
AU2023204214A1 (en) Fabry-Perot Fourier transform spectrometer
US8865496B2 (en) Method for fabricating an image panel for a hyperspectral camera
RU2377510C1 (en) Displaying spectrometre
JPH07103824A (en) Spectroscope
RU2331049C2 (en) Displaying spectrometer (versions)
RU2397457C1 (en) Displaying focal spectrometre (versions)
JP3294918B2 (en) Method and apparatus for spectral analysis of images
JP2025179652A (en) Spectroscopic analysis device and spectroscopic analysis method
WO2025249057A1 (en) Spectroscopic analysis device and spectroscopic analysis method
HK40014859B (en) Fabry-perot fourier transform spectrometer
Filachev et al. Spectral filtration of images in the IR spectral region with use of a phenomenon of total internal reflection and multibeam interference
Liu et al. Study on monolithically integration miniaturized spectral imager by Fabry-Perot with Bragg stack
Sviridov et al. Multispectral thermal imaging with interferometers at Brewster angle of incidence
HK1176993B (en) Fabry-perot fourier transform spectrometer
HK1176993A (en) Fabry-perot fourier transform spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190917