[實用新型]一種實現低照度大視場光譜測量的裝置

無效

• 申請號: 200720045008.5
• 申請日: 2007-10-31
• 公開（公告）號: CN201122113Y
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 徐毅剛
• 申請（專利權）人: 無錫市星迪儀器有限公司
• 主分類號: G01J3/26
• 分類號: G01J3/26;G01J3/28
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本實用新型涉及一種光譜測量技術，具體地說是一種實現低照度大視場光譜測量的裝置。

背景技術

隨著傳感器技術、計算機技術和光譜測量技術的發展，小型便攜式光譜測量儀器的設計與生產已經成為現實，由此帶動了野外光譜測量應用領域的飛速發展。但是，由于儀器的小型化和光譜測量精度的需要，光譜儀的采集窗口尺寸日益狹小，甚至直接利用光導纖維作為光譜能量的采集通道，這對遠距離大視場光譜測量的光學耦合帶了難題。

如圖1所示：大視場光學系統在儀器耦合面上將成一個較大的像，實際進入儀器檢測通道的是與耦合面尺寸對應像高的較小視場的光能。在耦合面很小的情況下，希望通過減小光學系統的像高實現對較大視場的耦合，受到了系統焦距甚至衍射極限的限制，在理論和工藝上已難以實現。

較大視場角2ω范圍內的光能已不能進入光譜儀入射窗內，在焦距確定的情況下，系統的視場角的極限值被限制在2ω’范圍內。

通常的解決方案是采用積分球系統，如圖2所示：由被測視場發出的光能入射到與視場尺寸相匹配的積分球入射窗內，經積分球內表面的漫反射材料多次反射后充分混合，并在積分球內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，并對其進行光譜分析。圖2中的R為積分球的半徑。

此方法對于高亮度的，比如太陽、高爐、高亮度人造光源等主動發光物體可以進行有效測量。但由于即便不考慮積分球內多次反射帶來的光能損耗，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，故而對亮度較低的發光體、野外景物的反射光譜等低亮度環境的測量需求無能為力。

發明內容

本實用新型的目的在于尋求一種實現低照度大視場光譜測量的裝置，采用積分棒進行混光，利用積分棒表面的全反射實現光的混合與傳遞，從而在解決了大視場光學耦合的同時極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實現了對野外景物反射光譜及較低亮度發光物體的遠距離、大視場光譜測量。

按照本實用新型提供的技術方案，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；光線經過光譜采集物鏡聚焦后通過積分棒入射窗進入積分棒，再通過積分棒出射窗進入光譜儀入射窗。

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。

本實用新型的優點是：由于積分棒出射窗的面積遠小于傳統的積分球的球面面積，傳遞過程中的損耗也比積分球低，因此采用積分棒方案系統的耦合效率遠大于積分球方案。從而在解決了大視場光學耦合的同時極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實現了對野外景物反射光譜及較低亮度發光物體的遠距離、大視場光譜測量。

附圖說明

圖1為現有的利用光纖耦合的光譜測量示意圖。

圖2為現有的利用積分球耦合的光譜測量示意圖。

圖3為本實用新型的光譜測量示意圖。

具體實施方式

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；光線經過光譜采集物鏡1聚焦后通過積分棒入射窗5進入積分棒6，再通過積分棒出射窗7進入光譜儀入射窗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的面積遠小于積分球4的球面面積，傳遞過程中的損耗也比積分球4低，因此采用積分棒方案系統的耦合效率遠大于積分球方案。從而在解決了大視場光學耦合的同時極大地提高了光譜儀采集光能的比例，實現了對野外景物反射光譜及較低亮度發光物體的遠距離、大視場光譜測量。