ITMI952005A1

ITMI952005A1 - Apparato per misurare lo spettro ottico

Info

Publication number: ITMI952005A1
Application number: IT95MI002005A
Authority: IT
Inventors: Takashi Iwasaki
Original assignee: Ando Electric
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-03-29
Also published as: GB2293650A; GB9518619D0; US5784159A; FR2725273B1; JPH08101065A; JP3254932B2; FR2725273A1; ITMI952005A0; GB2293650B; IT1275782B1

Abstract

UN APPARATO PER MISURARE LO SPETTRO OTTICO IN GRADO DI MISURARE AD ALTA VELOCITA', COMPRENDENTE:UN CODIFICATORE 14 CONNESSO ALL'ASSE DI ROTAZIONE DEL MOTORE 10, UN CONTATORE 16 CHE CONTA IL NUMERO DI IMPULSI EMESSI DAL CODIFICATORE 14, UN COMPARATORE 17, CHE, E' COLLEGATO AL CONTATORE 15 E AL REGISTRO 16, CHE CONFRONTA I VALORI MEMORIZZATI NEL CONTATORE 15 CON I VALORI MEMORIZZATI NEL REGISTRO 16 FISSATI DA UNA SEZIONE DI CONTROLLO, E MANDA UN SEGNALE DI CONVERSIONE "AD" QUANDO I VALORI SONO UGUALI; LA SEZIONE DI CONTROLLO 12 FISSA IL REGISTRO 16 CON UN VALORE CORRISPONDENTE A UN PRIMO PUNTO DI MISURAZIONE E FA RUOTARE UN RETICOLO DI DIFFRAZIONE 4 AD UNA VELOCITA' COSTANTE DA UN ANGOLO CORRISPONDENTE A UNA LUNGHEZZA 9' ONDA DI INIZIO MISURAZIONE AD UN ANGOLO CORRISPONDENTE A UNA LUNGHEZZA D'ONDA DI TERMINE MISURAZIONE; UN SEGNALE DI CONVERSIONE "AD" E' EMESSO DAL COMPARATORE 17 QUANDO SI RAGGIUNGE UN PUNTO DI MISURAZIONE, QUINDI LA SEZIONE DI CONTROLLO 12 FISSA IL REGISTRO 16 AD UN VALORE CORRISPONDENTE AL SUCCESSIVO PUNTO DI MISURAZIONE.

Description

La presente invenzione si riferisce ad un apparato che misura lo spettro ottico per valutare le caratteristiche di uno spettro ottico di una sorgente di luce.

Viene spiegato più avanti un apparato che misura uno spettro ottico convenzionale come mostrato nella Fig. 4. La Fig. 4 mostra una sorgente di luce 1, una fessura 2 di luce incidente, uno specchio 3 con superficie concava, un reticolo di diffrazione 4, uno specchio 5 con superficie concava, una fessura 6 per la luce in uscita, un rivelatore ottico 7, un circuito di amplificazione 8, un convertitore AD 9, un motore 10, un circuito di comando 11, una sezione di controllo 12 e una sezione di visualizzazione 13. La fessura 2 di luce incidente, lo specchio 3 con superficie concava, il reticolo di diffrazione 4, lo specchio 5 con superficie concava e la fessura 6 per la luce in uscita formano un insieme noto come uno spettroscopio a dispersione del tipo "Czerny-Turner ".

In questo esempio, un fascio dalla sorgente di luce 1 incide sulla fessura 2 di luce incidente. La luce che passa attraverso la fessura 2 di luce incidente è trasformata in un fascio parallelo dallo specchio 3 con superficie concava, ed è incidente sul reticolo di diffrazione 4. Una pluralità di incavi si forma sulla superficie del reticolo di diffrazione 4. Il reticolo di diffrazione 4 può essere ruotato sopra un angolo arbitrario attorno ad un asse parallelo a questi incavi mediante il motore 10. Il circuito di comando 11 cambia l'angolo del reticolo di diffrazione 4 controllando il motore 10 secondo le istruzioni dalla sezione di controllo 12.

Dal fascio parallelo sopra menzionato il reticolo di diffrazione 4 riflette solamente luce diffratta di un componente a lunghezza d'onda particolare determinata dall'angolo del reticolo di diffrazione 4 , nella direzione dello specchio 5 con superficie concava. Lo specchio 5 con superficie concava riflette la luce diffratta sulla fessura 6 di luce in uscita. Solamente i componenti a lunghezza d'onda che cadono nell'ampiezza della fessura 6 di luce in uscita possono passare attraverso la fessura 6 di luce in uscita.

Il rivelatore ottico 7 riceve la luce che attraversa la fessura 6 di luce in uscita e trasforma la luce in un segnale elettrico proporzionale all'intensità ottica. Il circuito di amplificazione 8 amplifica il segnale di uscita del rivelatore ottico 7 ad un voltaggio appropriato per alimentare il convertitore AD 9. Il convertitore AD 9 trasforma il segnale di uscita del circuito di amplificazione 8 in un segnale digitale.

La sezione di controllo 12 regola le lunghezze d'onda che passano attraverso la fessura 6 di luce in uscita inviando istruzioni al circuito di comando 11 per cambiare l'angolo del reticolo di diffrazione 4, e riceve l'intensità ottica della luce in uscita mediante il segnale di uscita del convertitore AD 9. La sezione 12 di controllo spazza le lunghezze d'onda che passano attraverso la fessura 6 di luce in uscita da una lunghezza d'onda di inizio misurazione ad una lunghezza d'onda di termine misurazione, e mostra su display le caratteristiche di lunghezza d'onda ed intensità ottenute in modo ripetitivo alla sezione di visualizzazione 13 come uno spettro ottico.

Comunque, con questa composizione convenzionale per apparati di misurazione dello spettro ottico è necessario fermare il reticolo di diffrazione 4 in ogni punto di misurazione quando si spazzano le lunghezze d'onda che passano attraverso la fessura 6 di luce in uscita dalla lunghezza d'onda di inizio misurazione alla lungheza d'onda di termine misurazione. Di conseguenza, c'è un problema che consiste nel fatto che quando il numero dei punti di misurazione aumenta, si spende molto tempo per prendere le misurazioni.

Un oggetto della presente invenzione è perciò fornire un apparato per la misurazione dello spettro ottico in grado di misurare ad alta velocità.

Al fine di raggiungere lo scopo sopra menzionato, la presente invenzione fornisce un apparato per misurare lo spettro ottico che include un reticolo di diffrazione; un motore che fa ruotare detto reticolo di diffrazione; un rivelatore ottico che riceve luce diffratta da detto reticolo di diffrazione e trasforma detta luce diffratta in segnali elettrici; e un convertitore AD che trasforma detti segnali elettrici in segnali digitali; una sezione di controllo che fissa un angolo di rotazione di detto motore e riceve valori da detto convertitore AD; un codificatore collegato a un asse di rotazione di detto motore; un contatore collegato a un'estremità di uscita di detto codificatore; un registro che memorizza un valore fissato da detta sezione di controllo; e un comparatore che estrae un segnale di conversione AD a detto convertitore AD quando un valore immagazzinato in detto contatore e il valore immagazzinato in detto registro sono uguali.

Con l'apparato per misurare lo spettro ottico della presente invenzione, è possibile fare misurazioni ad alta velocità misurando mentre si fa ruotare il reticolo di diffrazione da una lunghezza d'onda di inizio misurazione a una lunghezza d'onda di termine misurazione ad una velocità costante.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

La Fig. 1 è un diagramma che illustra la struttura di un apparato per misurare lo spettro ottico secondo la prima realizzazione della presente invenzione.

La Fig. 2 è un diagramma che illustra la struttura di un apparato che misura lo spettro ottico secondo la seconda realizzazione della presente invenzione.

La Fig. 3 è un diagramma che illustra un esempio della struttura di un circuito di ritardo usato nella seconda realizzazione della presente invenzione.

La Fig. 4 è un diagramma che illustra un apparato convenzionale per misurare lo spettro ottico.

DESCRIZIONE DELLA REALIZZAZIONE PREFERITA

Qui di seguito verrà descritto un apparato per misurare lo spettro ottico secondo la prima realizzazione della presente invenzione con riferimento alla Fig. 1. Nella Fig. 1 sono inclusi un codificatore 14, un contatore 15, un registro 16, un comparatore 17, in aggiunta agli elementi mostrati nella Fig. 4.

Come illustrato nella Fig. 1, il codificatore 14 è collegato all'asse di rotazione del motore 10, ed emette come segnale di uscita una serie di impulsi, il cui numero è proporzionale all'angolo di rotazione del motore 10. Il contatore 15 conta il numero di impulsi di uscita dal codificatore 14. Quindi il valore immagazzinato nel contatore 15 corrisponde all'angolo di rotazione del motore 10 e del reticolo di diffrazione 4. Perciò, il valore immagazzinato nel contatore 15 corrisponde anche alla lunghezza d'onda della luce che passa attraverso la fessura 6 di luce in uscita.

Inoltre, il registro 16 è collegato alla sezione di controllo 12 e memorizza un valore arbitrario ricevuto dalla sezione di controllo 12. Il comparatore 17 è collegato al contatore 15 e al registro 16, e confronta il valore immagazzinato nel contatore 15 con il valore memorizzato nel registro 16. Quando i due valori diventano uguali, il comparatore 17 emette un impulso di scatto. Il segnale di uscita del comparatore 17 è inviato al convertitore AD 9 come un segnale di conversione AD. Di conseguenza, una conversione AD viene eseguita da un convertitore AD 9 nel momento in cui i valori tenuti nel contatore 15 e nel registro 16 diventano uguali. Inoltre, il comparatore 17 è anche collegato alla sezione di controllo 12, per cui la sezione di controllo 12 viene avvisata dell'inizio di una conversione AD.

Con riguardo all'effettiva struttura del circuito, è possibile usare un circuito integrato che combina il contatore 15, il registro 16 e il comparatore 17, come il modello ZEN-2011 prodotto da Zenic Corporation.

In seguito sarà spiegata una procedura di misurazione che usa un apparato per misurare lo spettro ottico avente la struttura mostrata nella Fig. 1.

Dapprima, la sezione di controllo 12 muove il reticolo di diffrazione 4 in modo da permettere il passaggio di una lunghezza d'onda vicino alla lunghezza d'onda di inizio misurazione, e carica il registro 16 con un valore corrispondente al primo punto di misurazione. Quindi il circuito di comando 11 fa ruotare il reticolo di diffrazione 4 ad una velocità costante in modo che la lunghezza d'onda della luce in uscita si avvicina alla lunghezza d'onda di termine misurazione.

Quando l'angolo del reticolo di diffrazione 4 raggiunge il primo punto di misurazione, i valori immagazzinati nel contatore 15 e nel registro 16 diventano uguali. Perciò, un segnale di conversione AD viene emesso dal comparatore 17 al convertitore AD 9, e viene eseguita una conversione AD. Un segnale di conversione AD viene contemporaneamente emesso alla sezione di controllo 12. Quando la sezione di controllo 12 rivela il segnale di conversione AD, la sezione di controllo 12 riceve il valore misurato dell'intensità ottica dal convertitore AD 9, e carica il registro 16 con un valore corrispondente al punto successivo di misurazione.

Quando l'angolo del reticolo di diffrazione 4 raggiunge il punto successivo di misurazione un segnale di conversion AD viene emesso dal comparatore 17 in maniera simile a sopra e il circuito di controllo 12 esegue una procedura identica a quella sopra descritta. Ripetendo questa procedura fino a raggiungere la lunghezza d'onda di termine misurazione, è possibile misurare la lunghezza d'onda e le caratteristiche di intensità ottica di ciascun punto di misurazione senza che la sezione di controllo 12 fermi il motore 10. Dopo che le misurazioni sono state prese in tutti i punti di misurazione, la sezione di controllo 12 ferma il motore 10 mediante il circuito di comando 11.

Quindi la struttura di un apparato per misurare lo spettro ottico secondo la seconda realizzazione della presente invenzione sarà spiegata con riferimento alla Fig. 2. La struttura come mostrata nella Fig. 2 comprende un circuito di ritardo 18 oltre agli elementi mostrati nella Fig. 1 ed è in grado di risolvere i seguenti problemi.

Con la struttura della prima realizzazione, se il tempo richiesto per il circuito di controllo per elaborare i dati di misurazione da un singolo punto di misurazione è Tmin, allora la velocità di rotazione del motore deve essere fissata ad una velocità tale che l'intervallo dell'impulso di uscita del comparatore 17 è più lungo di Tmin. Per esempio, se il numero di impulsi tra la lunghezza d'onda di inizio misurazione e la lunghezza d'onda di termine misurazione è 10.000, e il numero dei punti di misurazione è 1.001, allora supponendo che l'intervallo tra i punti di misurazione è uguale, l'intervallo è 10 impulsi. In questo caso, l'intervallo degli impulsi di uscita del comparatore 17 è costante perchè la distanza tra i punti di misurazione è costante. Quindi la velocità di rotazione del motore 10 dovrebbe essere fissata in modo che l'intervallo degli impulsi di uscita del comparatore 17 è più lungo di Tmin

Comunque, se per esempio, il numero di impulsi tra la lunghezza d'onda di inizio misurazione e la lunghezza d'onda di termine misurazione è 1.500 e il numero di punti di misurazione è 1.001, allora se l'intervallo tra i punti di misurazione è uguale, l'intervallo per ciascun punto di misurazione sarebbe 1,5 impulsi. In questo caso, al fine di permettere al contatore e al registro di trattare solo numeri, l'intervallo per ciascun punto di misurazione deve essere fissato o a 1 o a 2 impulsi. Di conseguenza, l'intervallo degli impulsi di uscita del comparatore 17 diventa irregolare, cosicché la velocità di rotazione del motore 10 deve essere fissata in modo tale che l'intervallo più breve degli impulsi è sempre più lungo di in questo modo facendo diventare più lungo il tempo di misurazione.

In questo modo, con la struttura di Fig. 1, quando l'intervallo tra la lunghezza d'onda di inizio misurazione e la lunghezza d'onda di termine misurazione è breve, e il numero di impulsi tra esse non è sufficientemente grande rispetto al numero dei punti di misurazione, l'intervallo degli impulsi di uscita del comparatore 17 diventa dispersivo, di modo che non è possibile aumentare la velocità di rotazione del motore 10. Inoltre, poiché l'intervallo degli impulsi di uscita del comparatore 17 diventa dispersivo quando la velocità di rotazione del motore 10 è irregolare, non è neppure possibile in questo caso aumentare la velocità di rotazione del motore 10.

Come mostrato nella Fig. 2, il circuito di.ritardo 18 è collegato tra il comparatore 17 e il convertitore AD 9 nella sezione di controllo 12. Se il comparatore 17 emette due impulsi consecutivi che hanno un intervallo T tale che

il circuito di ritardo 18 ritarda il secondo impulso di

di modo che l'intervallo tra i due impulsi è mantenu-

to a Perciò, con l'aggiunta di un circuito di ritardo 18, la velocità di rotazione del motore 10 può essere fissata in modo tale che l'intervallo medio di impulsi è più lungo di

anche quando ci sono irregolarità nell'intervallo di im¬

pulsi, permettendo una riduzione nel tempo di misurazione.

Come esempio di un circuito di ritardo 18, si può usare quello mostrato nella Fig. 3 comprendente circuiti flip-flop 20 e 21, un contatore 22, una griglia OR 23 e un invertitore 24. In un circuito di ritardo 18 con questa struttura, un impulso emesso dal comparatore 17 è memorizzato nel flip-flop 20. Il segnale di uscita del flip-flop 20 è memorizzato nel flip-flop 21 in sincronizzazione con l'orologio A ed è anche mandato al convertitore AD 9 e alla sezione di controllo 12. In questo momento il contatore 22 incomincia a contare.

Se l'impulso successivo è inviato al flip-flop 20 mentre il contatore 22 sta ancora contando, il segnale di uscita è ritardato dalla griglia OR 23 fino a quando il calcolo è finito. Quando il calcolo è finito, il segnale di uscita del flipflop 20 è inviato al flip-flop 21. Quindi il segnale di uscita è memorizzato nel flip-flop 21 in sincronizzazione con l'orologio A e mandato al convertitore AD 9 e alla sezione di controllo 12. Di conseguenza, fissando il tempo di calcolo del contatore 22 a T, sistemando la frequenza dell'orologio B che determina il numero di calcolo del contatore 22, allora l'intervallo minimo degli impulsi mandati al convertitore AD 9 e alla sezione controllo 12 può essere reso uguale a T.

Nelle realizzazioni sopra descritte, il reticolo di diffrazione 4 e il motore 10 possono essere collegati o mediante dispositivi di ingranaggio o per contatto diretto. Inoltre, mentre una configurazione ottica di tipo Czerny-Turner è stata utilizzata nelle realizzazioni sopra descritte, anche altri tipi di configurazioni ottiche sono possibili, come le configurazioni di tipo Littrow e del tipo doppio passo.

Gli inventori hanno confermato con esperimenti che mentre un apparato per misurare lo spettro ottico tradizionale come mostrato nella Fig. 4 richiedeva 10 secondi per fare alcune misurazioni, un apparato che misura lo spettro ottico secondo la prima realizzazione potrebbe fare le stesse misurazioni in meno di un secondo, e un apparato secondo la seconda realizzzazione potrebbe fare le stesse misurazioni in meno di 0,5 secondi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un apparato per misurare lo spettro ottico che comprende: un reticolo di diffrazione; un motore che fa ruotare detto reticolo di diffrazione; un rivelatore ottico che riceve luce diffratta da detto reticolo di diffrazione e converte detta luce rifratta in segnali elettrici; un convertitore AD che trasforma detti segnali elettrici in segnali digitali; una sezione di controllo che fissa un angolo di rotazione di detto motore e riceve valori da detto convertitore AD; un codificatore connesso all'asse di rotazione di detto motore; un contatore connesso all'estremità di uscita di detto codificatore; un registro che memorizza un valore fissato da detta sezione di controllo; e un comparatore che manda un segnale di conversione AD a detto convertitore AD quando un valore memorizzato in détto contatore e il valore immagazzinato in detto registro sono uguali.
2. Un apparato per misurare lo spettro ottico secondo la rivendicazione 1 che comprende un circuito di ritardo, collegato tra detto comparatore e detto convertitore AD, che mantiene l'intervallo temporale tra gli impulsi di emissione di detto comparatore ad un valore costante.