PL243889B1 - Układ do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest układ do pomiaru promieniowania optycznego zawierający element korekcji przestrzennej (1) oraz filtry korekcji widmowej (2) i detektor (3) z wstawionym pomiędzy nimi elementem SDBSE (4) kształtującym wiązkę promieniowania padającą na element korekcji przestrzennej w sposób quasi-prostopadły z zachowaniem jej proporcjonalności do sygnału odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru parametrów natężeniowych (nieluminancyjnych) promieniowania optycznego ocenianego według widmowych oraz przestrzennych funkcji wagowych.

Postępująca urbanizacja oraz industrializacja sprawiają, że aktywność człowieka wydłuża się w ciągu doby, co determinuje wzrost zapotrzebowania na wykorzystywanie sztucznego oświetlenia w celu zapewnia bezpieczeństwa i komfortu widzenia. Ponadto wzrost liczby ludności na świecie prowadzi do coraz większego zapotrzebowania na żywność. W rezultacie konieczne jest stosowanie innowacyjnych metod rolnictwa, które wykorzystują np. sztuczne oświetlenie (w przypadku roślin w celu kontroli wegetacji, a w przypadku zwierząt w celu wywołania pożądanych efektów fizjologicznych).

Wszystkie te stymulujące wzrost zapotrzebowania na sztuczne oświetlenie czynniki wpływają również na potrzebę rozwoju metrologii techniki świetlnej. Współczesne źródła światła o wysokiej sprawności przetwarzania elektryczności na strumień świetlny, charakteryzują się wysoką zawartością składowej o barwie niebieskiej w emitowanym świetle. W związku z faktem iż, zawarte w świetle białym promieniowanie optyczne barwy niebieskiej wpływa na wiele procesów życiowych (tzw. pozawzrokowe oddziaływanie światła na organizmy żywe), międzynarodowo prowadzone są prace zmierzające do opracowania regulacji dotyczących jego ilości w środowisku. W konsekwencji zauważono, iż wymagane są również precyzyjne i wiarygodne metody pomiaru i weryfikacji parametrów takiego promieniowania optycznego (zarówno natężeniowych jak i luminancyjnych). Obarczone zbyt znaczną wartością błędu pomiarowego (niepewności pomiarowej) pomiary parametrów promieniowania optycznego, mogą prowadzić do błędnej oceny skutków oddziaływania światła na organizm człowieka oraz środowisko. Współcześnie zauważa się brak kompaktowych, przenośnych przyrządów pomiarowych mogących z wymaganą dokładnością wyznaczać parametry opisujące zarówno pozawzrokowe jak i wzrokowe oddziaływanie światła na organizmy żywe.

Obszary zastosowań

Układ pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego według wynalazku jest dedykowany do zastosowań w szeroko pojętym miernictwie promieniowania optycznego, a w szczególności do pomiarów parametrów źródeł światła o dużej emisji promieniowania niebieskiego w emitowanym promieniowaniu optycznym. Może on znaleźć zastosowanie w takich obszarach działalności człowieka jak:

a) metrologia wielkości fotometrycznych ocenianych natężeniowo (nieluminancyjnie),

b) metrologia promieniowania czynnego cyrkadialnie (tj. powodującego reakcje organizmu, ale niewywołującego efektów wizualnych),

c) metrologia promieniowania czynnego fotosyntetycznie, d) systemy sterowania oświetleniem np. human-centric lighting, e) systemy regulacji jaskrawości.

Znany stan techniki

Precyzyjny pomiar promieniowania optycznego (promieniowania świetlnego) wymaga zachowania właściwej geometrii pomiarowej (kształtu mierzonej wiązki promieniowania) oraz zachowania odpowiedniej czułości widmowej układu pomiarowego. Współcześnie pomiar natężeniowych wielkości promienistych może być realizowany z użyciem spektroradiometrów oraz szerokopasmowych układów pomiarowych zbudowanych z użyciem fotodetektorów całkujących. Spektroradiometry skanują widmowy rozkład mierzonego promieniowania przy zastosowaniu monochromatora (siatka dyfrakcyjna/siatki dyfrakcyjne lub pryzmat/układ pryzmatów) w efekcie czego fotodetektor punktowy mierzy promieniowanie z wąskiego (monochromatycznego) zakresu długości fali. Następnie sygnał pomiarowy jest przetwarzany numerycznie w celu wyznaczenia wartości określonej wielkości promienistej. Tego typu rozwiązania są stosowane w kosztownych, wielkogabarytowych, precyzyjnych urządzeniach laboratoryjnych. Rozwiązania tego typu nie są przedmiotem niniejszego wynalazku. Znane są również spektroradiometry (kompaktowe) wykorzystujące detektor w postaci linijki lub matrycy fotoelektrycznej np. CCD, do której elementów światłoczułych (np.1024) dociera równoczasowo promieniowanie z wąskiego zakresu spektralnego (monochromatyczne) - równoczasowo każdy z elementów światłoczułych (linijki/matrycy) przetwarza promieniowanie optyczne z innego wąskiego zakresu spektralnego. Następnie sygnał pomiarowy jest przetwarzany numerycznie w celu wyznaczenia wartości określonej wielkości promienistej. Tego typu układy pomiarowe albo dotyczą przyrządów o małej dokładności pomiarowej (negatywny wpływ światła rozproszonego na wynik pomiaru) albo są kosztownymi precyzyjnymi urządzeniami labo ratoryjnymi. Obydwa tego typu rozwiązania konstrukcyjne również nie są przedmiotem niniejszego wynalazku. Szerokopasmowe układy pomiarowe zbudowane z użyciem fotodetektorów całkujących (przetwarzających promieniowanie z szerokiego zakresu widmowego) zawierają odpowiednio skorygowany (widmowo i przestrzennie/kątowo) szerokopasmowy fotodetektor zdolny do przetwarzania promieniowania optycznego w szerokim paśmie długości fali na sygnał elektryczny. Schematyczną budowę stosowanego współcześnie układu służącego do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego przedstawia Fig. 1. Jest to powszechnie spotykana konfiguracja układu pomiarowego, wykorzystująca pojedynczy szerokopasmowy detektor całkujący np. fotoogniwo krzemowe. Zawiera ona również element korekcji przestrzennej - korekcja kosinusowa (element rozpraszający mierzone promieniowanie np. dyfuzor) oraz filtr/filtry korekcji widmowej (filtry absorpcyjne). Wadą tego typu układu pomiarowego jest fakt, iż na jego dokładność pomiaru ma wpływ geometria padania mierzonego promieniowania na poszczególne elementy toru pomiarowego (na filtry korekcji widmowej i fotodetektor). Błędy pomiarowe w tego typu układzie wynikają między innymi z faktu, iż promieniowanie padające na filtry absorpcyjne skośnie tj. pod kątem innym niż normalny (tj. nie pod kątem prostym względem powierzchni czołowej filtrów) ulega częściowemu odbiciu, którego wartość jest zależna od wartości kąta padania (odbicia Fresnela na granicach ośrodków optycznych) - czyli ulega zmniejszeniu uzależnionemu od kąta padania promieniowania. Dodatkowo, skośne padanie światła wpływa także na zmiany długości drogi optycznej wewnątrz tych filtrów (wydłużenie drogi optycznej). Im większy jest kąt padania promieniowania, tym dłuższą ma ono do przebycia drogę optyczną w filtrze absorpcyjnym. W efekcie promieniowanie padające pod kątem innym niż normalny jest pochłaniane w większym stopniu (promieniowanie optyczne przechodząc przez filtr skośnie jest przetwarzane z inną widmową funkcją wagową) niż to padające prostopadle. W stanie techniki znane są metody optymalizacji/minimalizowania tego błędu poprzez odpowiedni dobór widmowych współczynników przepuszczania filtra dla zadanej geometrii padającego promieniowania (np. z półprzestrzeni), ale nie niwelują one całkowicie opisywanego problemu. Zagadnienia te zostały opisane w literaturze dotyczącej filtrów korekcji widmowej luksomierza. Ponadto błędy pomiarowe w tego typu układzie powstają przy przetwarzaniu mierzonego promieniowania przez fotodetektor, którego czułość widmowa zmienia się wraz z kątem padania promieniowania na jego powierzchnię czynną. Poważnym problemem jest fakt, iż zjawisko to jest nieselektywne widmowo, przez co powoduje nieliniowe widmowo zmniejszanie czułości widmowej fotodetektora wraz ze zwiększaniem się kąta padania promieniowania optycznego. Powoduje to selektywną zależność dokładności pomiaru fotodetektorem od długości fali mierzonego promieniowania. Efekt ten jest istotnym w szczególności dla krótkich długości fali światła tj. barwy niebieskiej.

Wady dotychczasowych rozwiązań

Klasyczna metoda obróbki sygnału optycznego, stosowana we współczesnych przenośnych natężeniowych szerokopasmowych układach pomiarowych działających na zasadzie całkowania promieniowania optycznego, nie uwzględnia takiego kształtowania przestrzennego wiązki mierzonego promieniowania w układzie pomiarowym, aby była niwelowana/minimalizowana selektywna zależność dokładności pomiaru od długości fali mierzonego promieniowania. Ta selektywna widmowo zależność wartości błędu pomiarowego, wynika ze zmienności drogi optycznej, którą mierzone promieniowanie ma do przebycia w płasko-równoległym filtrze absorpcyjnym (długość tej drogi rośnie wraz ze wzrostem kąta padania promieniowania na filtr absorpcyjny). Na Fig. 2 zostały przedstawione przykładowe wartości błędu dla zestawu filtrów w zależności od kąta padania promieniowania (filtry zostały dobrane tak, aby wraz detektorem krzemowym zapewnić czułość widmowa zgodną z funkcją wagową absorbcji melanopsyny).

Drugim istotnym czynnikiem, który wpływa na widmową selektywność błędu pomiarowego jest zmienna kątowo widmowa czułość fotodetektora. Zmienność ta wynika z faktu, iż wraz ze wzrostem kąta padania promieniowania na powierzchnię czynną fotodetektora rośnie wartość odbijanego od niego promieniowania (odbicia typu Fresnela) i przez to zmniejszeniu ulega jego część, która jest absorbowana przez powierzchnię światłoczułą. Zjawisko to jest nieselektywne widmowo, przez co powoduje nieliniowe zmniejszanie czułości widmowej fotodetektora. Ponadto procesy zachodzące wewnątrz tego półprzewodnikowego elementu foto-detekcyjnego, zależą nieliniowo od kąta wnikania do niego promieniowania. Przykładowe zależności tego rodzaju błędu pomiarowego, dla różnych kątów padania światła na powierzchnię czynną fotodetektora krzemowego zostały przedstawione na Fig. 3. Wartość błędu pomiarowego rośnie dla krótkich długości fali promieniowania, tj. dla światła barwy niebieskiej. Ze względów technologicznych i właściwości fizycznych wszystkie fotodetektory krzemowe podlegają temu efektowi, przy czym dla niższej klasy detektorów błędy te mają większe wartości. Przedstawione na Fig. 3 charakterystyki dotyczą wysokiej klasy krzemowego fotodetektora fotometrycznego S1337 firmy Hamamatsu, czyli są to minimalne wartości tego rodzaju błędów, które będą powstawały w układzie pomiarowym miernika całkującego.

Nieuwzględnienie tych czynników we współczesnych sposobach pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego szerokopasmowymi metodami całkującymi, skutkuje powstawaniem znaczących błędów pomiarowych.

Problem ten w szczególności jest istotny przy pomiarze promieniowania nowoczesnych źródeł światła - na przykład LED, które posiadają w składzie widmowym swojego promieniowania znaczny udział światła niebieskiego (tj. składowej z zakresu długości fal od ok. 400 nm do ok. 540 nm).

Zagadnienie to jest mniej istotne w przypadku pomiaru promieniowania optycznego (światła), w którego rozkładzie widmowym nie ma znacznego udziału składowej niebieskiej (np. lampy żarowe, sodowe, świetlówki).

W celu minimalizowania tego rodzaju błędów pomiarowych należy w pomiarach parametrów natężeniowych promieniowania optycznego szerokopasmowymi metodami całkującymi tak kształtować w układzie pomiarowym mierzoną wiązkę promieniowania optycznego, aby padała ona na detektor pomiarowy w sposób quasi-prostopadły (wiązka powinna być quasi-równoległa i padać na fotodetektor fotodetektora pod kątem zbliżonym do kąta prostego).

W technice pomiarów promieniowania optycznego znane są metody kształtowania równoległej wiązki światła poprzez klasyczne układy kolimacyjne, umożliwiające doprowadzenie mierzonej wiązki promieniowania do fotodetektora pod kątem zbliżonym do kąta prostego. Rozwiązania te (kolimatory optyczne wykonywane są w postaci soczewki/soczewek) są wykorzystywane m.in. w układach do pomiarów luminancyjnych np. miernikach luminacji lub w układach spektroradiometrów (które nie są przedmiotem niniejszego wynalazku). Układy klasycznych kolimatorów optycznych nie są w stanie zapewnić proporcjonalności przenoszenia promieniowania, tak, aby zapewnić uzyskaną wcześniej zgodność z wymaganą funkcją przestrzenną (np. z funkcja kosinus), dlatego też nie mogą znaleźć zastosowania przy pomiarach parametrów natężeniowych promieniowania optycznego ocenianego według natężeniowych widmowych oraz przestrzennych funkcji wagowych.

Istnieją też metody, które w celu zapewnienia prostopadłego padania na fotodetektor mierzonego promieniowania, wykorzystują umieszczone w układzie toru optycznego przed fotodetektorem przysłony/przysłon o bardzo małych co do wartości aperturach optycznych. Co prawda umożliwia to zachowanie charakteru funkcji przestrzennej - proporcjonalności wychodzącego z nich sygnału optycznego do sygnału wejściowego (do odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej) oraz zapewnia padanie na fotodetektor promieniowania pod kątem zbliżonym do normalnego (padanie prostopadłe), ale w znaczący/istotny sposób zmniejszeniu ulega wartość mierzonego sygnału optycznego. W skrajnych przypadkach wartość mierzonego sygnału maleje nawet do poziomów, które przy przetworzeniu przez fotodetektor na sygnał elektryczny będą miały wartość niższą lub porównywalną z sygnałem szumów fotodetektora (stają się one niemierzalne danym fotodetektorem). Problem ten staje się bardzo znaczący przy pomiarach promieniowania, które w swym składzie zawiera krótkie długości fali (światło barwy niebieskiej), ponieważ w tym zakresie detektory krzemowe mają niską sprawność przetwarzania sygnału optycznego (mocy promienistej [W]) na sygnał elektryczny [A]. W związku z tym, rozwiązania tego typu nie mogą znaleźć zastosowania w całkujących szerokopasmowych przenośnych układach służących do pomiarów parametrów natężeniowych promieniowania optycznego, które to układy są przedmiotem niniejszego wynalazku. Podczas gdy ewentualnie bardzo ograniczone zastosowanie mogą znaleźć w kosztownych, wielkogabarytowych, precyzyjnych urządzeniach laboratoryjnych, które to nie są przedmiotem niniejszego wynalazku.

Istota wynalazku

Wynalazek dotyczy dziedziny miernictwa promieniowania optycznego i pozwala na precyzyjny, bezpośredni, szerokopasmowy, całkujący pomiar natężeniowej wielkości promienistej, ocenianej według dowolnie wybranej widmowej funkcji wagowej (np. hamowania wydzielania melatoniny, widzenia fotopowego, skotopowego lub innych), przy zapewnieniu proporcjonalności mierzonej wielkości do zadanej/wymaganej funkcji kąta padania promieniowania na powierzchnię pomiarową (tj. zgodnie z wymaganą przestrzenną funkcją wagową, np. funkcją kosinus).

Układ do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego według wynalazku zawiera element korekcji przestrzennej - rozpraszacz, element korekcji widmowej i fotodetektor. Pomiędzy elementem korekcji przestrzennej i elementem korekcji widmowej umieszczony jest element

SDBSE kształtujący wiązkę promieniowania z zachowaniem jej proporcjonalności do sygnału odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej.

Korzystnie element SDBSE jest zintegrowany z elementem korekcji przestrzennej.

Korzystnie element SDBSE jest zintegrowany z elementem korekcji widmowej.

Korzystnie element SDBSE jest zintegrowany z elementem korekcji przestrzennej i widmowej.

Korzystnie elementem korekcji widmowej jest filtr korekcji widmowej.

Istotą wynalazku jest tym samym układ do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego ocenianego według widmowych i przestrzennych funkcji wagowych charakteryzujący się tym, że jest rozbudowany o element SDBSE (Specially Designed Beam Shaping Element) kształtujący wiązkę promieniowania z zachowaniem proporcjonalności do sygnału odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej (np. rozpraszacza w postaci dyfuzora).

W układzie według wynalazku zaproponowano modyfikację obecnie znanej szerokopasmowej, całkującej metody pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego, poprzez dodanie do takiego układu elementu lub elementów korekcji optycznej SDBSE. Modyfikacja ta nie posiłkuje się użyciem klasycznego kolimatora optycznego lub przysłon.

Modyfikacja znanego układu pomiarowego sprawia, że mierzone promieniowanie jest kierowane quasi-prostopadle na filtr promieniowania optycznego o widmowym współczynniku przepuszczania (widmowej funkcji wagowej), a następnie na fotodetektor. Odbywa się to przy zachowaniu jego proporcjonalności do wymaganej przestrzennej funkcji wagowej przetwarzania mierzonego promieniowania (np. kosinus kąta padania na powierzchnię czołową układu pomiarowego). Element SDBSE może być także zastosowany w układzie pomiarowym niezawierającym filtrów optycznych (np. filtrów absorpcyjnych), a kształtowane przez niego przestrzennie mierzone promieniowanie może być skierowanie bezpośrednio na fotodetektor pomiarowy.

Korzyści, zalety proponowanego rozwiązania

Układ według wynalazku pozwala na niwelowanie selektywnych widmowo czynników wpływających na niedokładność wyniku pomiaru promieniowania optycznego, ocenianego według widmowych i przestrzennych funkcji wagowych.

Proponowany sposób kształtowania mierzonego promieniowania optycznego pozwala na ograniczenie błędu pomiaru szerokopasmowego natężeniowego układu całkującego wielkości promienistej, która jest mierzona w zgodności z dowolnie wybraną widmową funkcją wagową (np. hamowania wydzielania melatoniny, widzenia fotopowego, skotopowego lub innych). W szczególności możliwe jest zminimalizowanie błędu pomiarowego, którego widmowe wartości zobrazowano na Fig. 3. Wartość tego błędu w klasycznym rozwiązaniu całkującego układu pomiarowego wynosi nawet kilkadziesiąt procent dla poszczególnych długości fali z zakresu światła barwy niebieskiej i rośnie wraz z kątem padania promieniowania na powierzchnię pomiarową.

Przedstawiony w wynalazku zestaw elementów pomiarowego toru optycznego zapewnia mniejszą selektywność widmową dokładności pomiaru (mniejszy błąd pomiaru), w porównaniu do znanych obecnie stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych szerokopasmowych, natężeniowych całkujących układów pomiaru promieniowania optycznego (w których błąd pomiaru jest silnie zależny od długości fali mierzonego promieniowania i kąta jego padania na powierzchnię czynną fotodetektora).

Przedmiot wynalazku pokazano na rysunku, na którym Fig. 4 przedstawia budowę zmodyfikowanego układu służącego do szerokopasmowego pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego, Fig. 5 obrazuje budowę zmodyfikowanego układu służącego do pomiaru promieniowania optycznego z elementem SDBSE integrującym funkcje korekcji przestrzennej, Fig. 6 pokazuje budowę zmodyfikowanego układu służącego do pomiaru promieniowania optycznego z elementem SDBSE integrującym funkcję filtrów korekcji widmowej, zaś Fig. 7 przedstawia budowę zmodyfikowanego układu służącego do pomiaru promieniowania optycznego z elementem SDBSE integrującym funkcje elementu korekcji przestrzennej oraz filtrów korekcji widmowej.

Układ według wynalazku pozwala na całkujący szerokopasmowy natężeniowy pomiar promieniowania optycznego, oceniany według widmowych i przestrzennych funkcji wagowych. Jest możliwy dzięki odpowiedniemu kształtowaniu rozkładu widmowego oraz przestrzennego wiązki promieniowania podlegającej pomiarowi (quasi - prostopadłej geometrii mierzonej wiązki promienistej). Tak ukształtowany sygnał optyczny jest proporcjonalnie konwertowany na sygnał elektryczny (tj. mierzony), przy użyciu detektora fotoelektrycznego (szerokopasmowego, całkującego przetwornika fotoelektrycznego).

Pierwszą częścią układu pomiarowego jest klasyczny element korekcji przestrzennej - rozpraszacz (1), np. w postaci dyfuzora, który ma zapewnić odpowiedź układu zgodną z zadaną/wymaganą funkcją przestrzenną - najczęściej jest to kosinus kąta padania 1a promieniowania na powierzchnię czynną układu pomiarowego.

Następnym elementem układu jest element kształtujący wiązkę z zachowaniem jej proporcjonalności do sygnału odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej - element SDBSE (4). Pozwala on kierować mierzone promieniowanie quasi-prostopadle na filtr optyczny korekcji widmowej, a następnie na detektor (lub bezpośrednio na fotodetektor). Element SDBSE (4) może być skonstruowany w formie zintegrowanej z rozpraszaczem, czyli będzie zawierał w swej konstrukcji również klasyczny element korekcji. Kolejnym elementem układu jest zestaw płasko-równoległych filtrów absorpcyjnych promieniowania optycznego 2, dzięki któremu ocena promieniowania optycznego o poszczególnych długościach fali odbywa się z uwzględnieniem odpowiednich wartości wagowych (widmowej zależności oddziaływania promieniowania). Widmowy współczynnik przepuszczania filtrów dobierany jest tak, aby w połączeniu z widmową charakterystyką czułości detektora, otrzymać pożądaną charakterystykę widmową układu filtr-detektor (tj. taką która zapewni zgodność widmowego przetwarzania mierzonego promieniowania optycznego z wybraną/zadaną funkcją - na przykład krzywa widzenia fotopowego ν((λ) lambda, krzywą absorpcji melanopsyny Μ((λ), krzywą absorpcji chlorofilu, etc.). Element filtrujący może być również zintegrowany z elementem SDBSE (4).

Fotodetektor (3) promieniowania optycznego jest końcowym elementem optycznego toru pomiarowego. Służy do przetwarzania docierającego do niego sygnału optycznego na sygnał elektryczny. Sygnał elektryczny (fotoprąd) jest następnie mierzony w układzie pomiaru wielkości elektrycznych (np. μA).

Zastosowanie elementu SDBSE (4) sprawia, że zmodyfikowany układ pomiarowy wykazuje mniejszą selektywność widmową błędu pomiarowego w porównaniu do obecnie stosowanych układów pomiarowych używanych przy pomiarach natężeniowych wielkości promieniowania optycznego. Ponadto przy wykorzystaniu zaawansowanych metod projektowania elementów typu SDBSE (na przykład metody SMS, która umożliwia jednoczesne obliczenia kilku powierzchni asferycznych), można zapewnić wysoką sprawność optyczną tego typu elementu (co nie jest możliwe w układach z klasycznym kolimatorem lub przysłonami optycznymi), a przez to umożliwić szeroki zakres wartości mierzonych sygnałów optycznych.

Element optyczny typu SDBSE (4) może być wykorzystany w przenośnych natężeniowych szerokopasmowych układach całkujących służących do pomiaru promieniowania optycznego, ponieważ zapewnia proporcjonalność przenoszenia sygnału w zgodzie z odpowiedzią elementu korekcji przestrzennej (lub inną funkcją wymaganą określoną aplikacją pomiarową) oraz doprowadza promieniowanie optyczne do dalszych elementów układu pomiarowego w sposób quasi prostopadły. Element SDBSE może być zrealizowany w postaci elementu optycznego o nietypowej geometrii tzw. free form optics, jako pojedynczy detal lub układ elementów refrakcyjnych, refleksyjnych lub refrakcyjno-refleksyjnych. W przypadku pewnych rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych element ten może również pełnić równocześnie funkcję elementów korekcji widmowej - czyli zastąpić/wyeliminować w układzie pomiarowym płasko-równolegle optyczne filtry absorpcyjne. Element taki może integrować funkcje wszystkich elementów toru optycznego, czyli korekcji przestrzennej, kształtowania wiązki i korekcji widmowej

Układ według wynalazku pozwala na rozwiązanie problemu kształtowania wiązki promieniowania, tak, aby padała ona na fotodetektor głowicy pod kątem zbliżonym do kąta prostego i zminimalizowanie błędy pomiaru, zwłaszcza dla światła niebieskiego. W tym właśnie celu pomiędzy element korekcji przestrzennej a element korekcji widmowej wstawiany jest elementu SDBSE. Korygowanie przestrzenne wiązki promieniowania nie powinno być jednak traktowane jako równoznaczne z kształtowaniem wiązki promieniowania. Element SDBSE ma zapewnić takie ukształtowanie wiązki promieniowania, aby poszczególne promienie wiązki były prawie równoległe względem siebie i padały prawie równolegle na powierzchnię pomiarową fotodetektora. Zastosowanie elementu kształtującego wiązkę promieniowania według wynalazku pozwala znacząco ograniczyć wskaźnik niedopasowania widmowego wynikający ze skośnego padania promieniowania na powierzchnię filtra. Dodatkowo, unikając skośnego padania promieniowania na powierzchnię filtra i detektora uzyskuje się większą sprawność takiego układu pomiarowego. Właściwości elementu korekcji widmowej są ściśle powiązane z geometrią padającej na niego wiązki promieniowania. W związku z tym, że proponowany element kształtujący wiązkę zmienia jej bieg, elementy np. filtry korekcji widmowej muszą mieć inne właściwości niż w znanych obecnie układach pomiarowych.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego zawierający element korekcji przestrzennej - rozpraszacz, element korekcji widmowej i fotodetektor znamienny tym, że pomiędzy elementem korekcji przestrzennej (1) i elementem korekcji widmowej (2) umieszczony jest element SDBSE (4) kształtujący wiązkę promieniowania z zachowaniem jej proporcjonalności do sygnału odpowiedzi elementu korekcji przestrzennej (1).
2. 2. Układ do pomiaru promieniowania optycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że element SDBSE (4) jest zintegrowany z elementem korekcji przestrzennej (1).
3. 3. Układ do pomiaru promieniowania optycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że element SDBSE (4) jest zintegrowany z elementem korekcji widmowej (2).
4. 4. Układ do pomiaru promieniowania optycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że element SDBSE (4) jest zintegrowany z elementem korekcji przestrzennej (1) i widmowej (2).
5. 5. Układ do pomiaru promieniowania optycznego według zastrz. 1 lub 3 lub 4, znamienny tym, że elementem korekcji widmowej (2) jest filtr korekcji widmowej.