[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)低照度大視場(chǎng)光譜測(cè)量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710134979.1
• 申請(qǐng)日: 2007-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101158601A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐毅剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫市星迪儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01J3/26
• 分類號(hào): G01J3/26;G01J3/28
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜測(cè)量技術(shù)，具體地說(shuō)是一種實(shí)現(xiàn)低照度大視場(chǎng)光譜測(cè)量的方法。

背景技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和光譜測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，小型便攜式光譜測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，由此帶動(dòng)了野外光譜測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域的飛速發(fā)展。但是，由于儀器的小型化和光譜測(cè)量精度的需要，光譜儀的采集窗口尺寸日益狹小，甚至直接利用光導(dǎo)纖維作為光譜能量的采集通道，這對(duì)遠(yuǎn)距離大視場(chǎng)光譜測(cè)量的光學(xué)耦合帶了難題。

如圖1所示：大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)在儀器耦合面上將成一個(gè)較大的像，實(shí)際進(jìn)入儀器檢測(cè)通道的是與耦合面尺寸對(duì)應(yīng)像高的較小視場(chǎng)的光能。在耦合面很小的情況下，希望通過(guò)減小光學(xué)系統(tǒng)的像高實(shí)現(xiàn)對(duì)較大視場(chǎng)的耦合，受到了系統(tǒng)焦距甚至衍射極限的限制，在理論和工藝上已難以實(shí)現(xiàn)。

較大視場(chǎng)角2ω范圍內(nèi)的光能已不能進(jìn)入光譜儀入射窗內(nèi)，在焦距確定的情況下，系統(tǒng)的視場(chǎng)角的極限值被限制在2ω’范圍內(nèi)。

通常的解決方案是采用積分球系統(tǒng)，如圖2所示：由被測(cè)視場(chǎng)發(fā)出的光能入射到與視場(chǎng)尺寸相匹配的積分球入射窗內(nèi)，經(jīng)積分球內(nèi)表面的漫反射材料多次反射后充分混合，并在積分球內(nèi)表面形成均勻的照度值。耦合在積分球出射窗的光譜儀入射窗接收光能，并對(duì)其進(jìn)行光譜分析。圖2中的R為積分球的半徑。

此方法對(duì)于高亮度的，比如太陽(yáng)、高爐、高亮度人造光源等主動(dòng)發(fā)光物體可以進(jìn)行有效測(cè)量。但由于即便不考慮積分球內(nèi)多次反射帶來(lái)的光能損耗，出射窗接收的光通量也僅等于入射光通量乘以出射窗面積與球面面積的比值，故而對(duì)亮度較低的發(fā)光體、野外景物的反射光譜等低亮度環(huán)境的測(cè)量需求無(wú)能為力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于尋求一種實(shí)現(xiàn)低照度大視場(chǎng)光譜測(cè)量的方法，采用積分棒進(jìn)行混光，利用積分棒表面的全反射實(shí)現(xiàn)光的混合與傳遞，從而在解決了大視場(chǎng)光學(xué)耦合的同時(shí)極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野外景物反射光譜及較低亮度發(fā)光物體的遠(yuǎn)距離、大視場(chǎng)光譜測(cè)量。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在光譜采集物鏡與光譜儀入射窗之間有積分棒，該積分棒指向光譜采集物鏡的一端為積分棒入射窗，積分棒指向光譜儀入射窗的一端為積分棒出射窗；光線經(jīng)過(guò)光譜采集物鏡聚焦后通過(guò)積分棒入射窗進(jìn)入積分棒，再通過(guò)積分棒出射窗進(jìn)入光譜儀入射窗。

所述積分棒出射窗的截面尺寸為φ’，光譜入射窗的截面尺寸為φ，積分棒出射窗的截面尺寸φ’大于光譜入射窗的截面尺寸φ。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：由于積分棒出射窗的面積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的積分球的球面面積，傳遞過(guò)程中的損耗也比積分球低，因此采用積分棒方案系統(tǒng)的耦合效率遠(yuǎn)大于積分球方案。從而在解決了大視場(chǎng)光學(xué)耦合的同時(shí)極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野外景物反射光譜及較低亮度發(fā)光物體的遠(yuǎn)距離、大視場(chǎng)光譜測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的利用光纖耦合的光譜測(cè)量示意圖。

圖2為現(xiàn)有的利用積分球耦合的光譜測(cè)量示意圖。

圖3為本發(fā)明的光譜測(cè)量示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示：在光譜采集物鏡1與光譜儀入射窗2之間有積分棒6，該積分棒6指向光譜采集物鏡1的一端為積分棒入射窗5，積分棒6指向光譜儀入射窗2的一端為積分棒出射窗7；光線經(jīng)過(guò)光譜采集物鏡1聚焦后通過(guò)積分棒入射窗5進(jìn)入積分棒6，再通過(guò)積分棒出射窗7進(jìn)入光譜儀入射窗2。所述積分棒出射窗7的截面尺寸為φ’，光譜入射窗2的截面尺寸為φ，積分棒出射窗7的截面尺寸φ’大于光譜入射窗2的截面尺寸φ。通常在積分棒6的表面滿足全反射條件，也可通過(guò)在積分棒表面附著高反射膜層，以提高光通量。所述截面形狀可以是圓形、橢圓形或多邊形等。

由于光在積分棒6中傳遞時(shí)的損耗極低，積分棒出射窗7的光通量與積分棒入射窗5接收的光通量相差無(wú)幾，因此由光譜儀采集窗口2接收到的光通量約等于光譜儀采集窗口2的面積與積分棒出射窗口7的面積之比。由于積分棒出射窗7的面積遠(yuǎn)小于積分球4的球面面積，傳遞過(guò)程中的損耗也比積分球4低，因此采用積分棒方案系統(tǒng)的耦合效率遠(yuǎn)大于積分球方案。從而在解決了大視場(chǎng)光學(xué)耦合的同時(shí)極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野外景物反射光譜及較低亮度發(fā)光物體的遠(yuǎn)距離、大視場(chǎng)光譜測(cè)量。