[發明專利]基于反卷積的雙光路光譜測量裝置

有效

• 申請號: 201310076767.8
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103148942A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 柏連發;張毅;陳錢;顧國華;岳江;韓靜
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明屬于光譜測量技術領域，特別是涉及一種基于反卷積的雙光路光譜測量裝置。

背景技術

光譜儀是一種能將連續光譜的目標光源分割成多份狹窄譜段的分光系統，通過對目標光譜的分析可以測量物品含有的元素，是對物質結構、成分處理進行分析的常用設備，廣泛應用于冶金、地質、化工、醫藥和環境等領域。

目前，最常見的光譜系統是基于狹縫的光譜儀，其光譜分辨率與狹縫寬度直接相關。為了達到理想的高分辨率，其狹縫寬度要足夠窄，而過窄的狹縫嚴重限制了進入系統的光源能量無法獲得理想的信噪比，有時甚至根本無法探測出信號，這就造成了光譜分辨率與系統通光量成了一對矛盾量，限制了其在弱光下的應用。

中國專利申請201210085114.1公開了一種“光柵成像光譜儀”，該方案由于沒有克服現有光譜測量系統中多為通過在前段放置較窄的狹縫實現在色散后直接獲得光源光譜的不足，所以為了直接光源光譜獲得狹縫就必須較窄，造成后端能量較低，對探測器件探測能力要求較高，或者需要所測光源能量較強，限制了其應用范圍無法在光線較弱的夜視、生物醫學等場合使用。

崔繼承等在光譜學與光譜分析[J].2012,32(3)發表的“成像光譜儀一體化設計”一文中，闡述了以凸面光柵成像光譜儀為例，采用現有典型的Offner光路結構，獲得成像光譜儀一體化設計的方法，該方法雖然對解決光學像差矯正問題有積極的作用，但仍然沒有克服現有通過一個狹窄的狹縫實現在成像器件上直接獲得光譜的不足，限制了其應用范圍無法在光線較弱的夜視、生物醫學等場合中獲得較高的信噪比。

如何克服現有技術的不足，已成為當今光譜測量技術領域亟待解決的關鍵難題之一。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足而提供一種基于反卷積的雙光路光譜測量裝置，本發明以較寬狹縫保證通光量為手段，利用反卷積重建出高分辨率的光譜，既可保證高通光量，又可實現高光譜分辨率。

根據本發明提出的一種基于反卷積的雙光路光譜測量裝置，其特征在于該裝置設置為雙光路結構，一光路由目標物鏡、狹縫、準直鏡、分束鏡、色散元件、第一匯聚鏡頭和第一CCD相機依次組成，另一光路由分束鏡、第二匯聚鏡頭和CCD相機依次組成；外部光源經目標物鏡匯聚到狹縫上，狹縫設置在目標物鏡和準直鏡的焦點上，通過狹縫的光經過準直鏡后將變成平行光，當平行光入射到分束鏡上時，一部分光將發生反射并通過匯聚鏡頭匯聚到第二CCD相機上，形成未色散光的原像；另一部分光透過分束鏡，垂直入射到色散元件上，經色散后的光被第一會聚鏡頭匯聚到第一CCD相機上形成色散后光的像，通過計算未色散光的原像和色散后光的像的反卷積來獲取光源光譜。

本發明的測量原理是：本發明針對現有基于狹縫的光譜儀在弱光下探測能力受限的關鍵問題，采用一個更寬的狹縫來代替，以增加系統的光通過量，使其在弱光下有更好的探測能力；本發明從狹縫出來的光經過準直鏡變成平行光入射到分束鏡上，一部分光經過反射和再匯聚在第一CCD上形成經過狹縫的光的原像；另一部分透過分束鏡的光會繼續保持平行并垂直入射到色散元件上，色散后的光經過鏡頭再次匯聚到第二CCD形成透過狹縫光的色散像；獲得的色散像是原像和外部光源光譜的卷積結果，在光的原像和色散像都可以觀測的情況下，外部光源光譜即可通過求解反卷積獲得。

本發明與現有技術相比其顯著優點在于：一是本發明設置為雙光路結構，發揮了雙光路的集成協調作用，有效地解決了現有技術中的高光譜分辨率與高通過量不匹配的突出問題，實現了在保持高通光量的前提下獲取外部光源高分辨率光譜；二是本發明能夠在比傳統色散型光譜儀低1至2個數量級的光能量下工作，適應能見度較低環境的能力很強；三是本發明不僅廣泛應用于冶金、地質、化工、醫藥和環境等領域，特別適用于像生物醫學、夜視等弱光場合，應用領域寬廣。

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附圖說明：

圖1是基于反卷積的雙光路光譜測量裝置的結構示意圖。

圖2是外部光源通過狹縫后的原像圖。

圖3是外部光源通過狹縫后的色散像圖。

圖4是氘燈標準光譜圖。

圖5是本發明測量的氘燈光譜圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。