[發(fā)明專利]小型光譜儀和光譜方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680052443.2
• 申請(qǐng)日: 2016-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107923793B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I.赫曼恩;M.胡斯尼克;E.鮑姆加特;C.胡伯;B.斯泰恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): G01J3/02
• 分類號(hào): G01J3/02;G01J3/28;G01J3/453
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 宣力偉;李雪瑩

本發(fā)明涉及一種小型光譜儀（8），其包括：光學(xué)系統(tǒng)；包括偏振器（2）、薩瓦爾元件（14）和分析器（5）的偏振干涉儀（15）；包括探測(cè)器（7）的探測(cè)單元（12）；和數(shù)據(jù)單元（13），其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為擴(kuò)散器（1）。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種小型光譜儀和一種用于獲知由物體反射的、傳輸?shù)幕虬l(fā)射的射束的光譜的方法。

背景技術(shù)

本發(fā)明根據(jù)獨(dú)立專利權(quán)利要求的類屬?gòu)囊环N小型光譜儀和一種用于獲知由物體反射的或發(fā)射的射束的光譜的方法出發(fā)。

在“A static polarization imaging spectrometer based on a Savartpolariscope”（Zhang等人，Optics Communications 203 (2002)，21-26）中描述了一種基于簡(jiǎn)單的薩瓦爾偏光器的成像的偏振光譜儀（PIS）。偏振光譜儀產(chǎn)生二維的強(qiáng)度分布，該強(qiáng)度分布沿空間方向包含干涉圖，并且沿與之正交的方向包含圖像信息。兩個(gè)分量在此同時(shí)存在，并且必須彼此分離。二維的分布借助二維的CCD（charge-coupled device：電荷耦合裝置）探測(cè)器接收。PIS包括：無(wú)限光學(xué)器件；包括偏振器、薩瓦爾偏光器和分析器的偏振干涉儀；成像透鏡；和用于信號(hào)接收和信號(hào)處理的系統(tǒng)。無(wú)限光學(xué)器件從來(lái)自每個(gè)物體點(diǎn)的射束產(chǎn)生自身平行的帶有不同的角度的射束集。PIS的分辨率能夠通過(guò)CCD探測(cè)器的尺寸和形成薩瓦爾偏光器的雙折射層的厚度調(diào)節(jié)。分辨率隨著CCD探測(cè)器的尺寸的增大和雙折射層的厚度的增大而提升。光譜的分辨率此外依賴于可用的角度范圍、兩個(gè)偏振方向之間的折射率對(duì)比度和薩瓦爾偏光器與探測(cè)器之間的透鏡的焦距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明說(shuō)明了一種小型光譜儀和一種用于借助根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀獲知由物體反射的、傳輸?shù)幕虬l(fā)射的射束的光譜的方法。

小型光譜儀是帶有在厘米范圍內(nèi)的尺寸的光譜儀，其中在厘米范圍以下的更小的尺寸也包括在內(nèi)。帶有獨(dú)立專利權(quán)利要求的特征的本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀具有緊湊的可小型化的結(jié)構(gòu)。此外，根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀的廉價(jià)的制造是可能的。此外，根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀的特征在于高的用戶友好性和測(cè)量錯(cuò)誤的減少，這是因?yàn)闇y(cè)量結(jié)果在很大的區(qū)域內(nèi)不依賴于光的入射角和小型光譜儀與測(cè)量物體之間的間距。通過(guò)空間圖像信息的均質(zhì)化形成的另外的優(yōu)點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)中僅存在光譜信息，并且復(fù)雜的背景信號(hào)不必一起考慮到。這提升了根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀的精確性和可再生產(chǎn)性。

這一點(diǎn)借助小型光譜儀實(shí)現(xiàn)，其包括：光學(xué)系統(tǒng)；包括偏振器、薩瓦爾元件和分析器的偏振干涉儀；包括探測(cè)器的探測(cè)單元；和數(shù)據(jù)單元，其中光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為擴(kuò)散器。根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀的分辨率有利地不依賴于物體的特性和光源的類型，這是因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的小型光譜儀中，擴(kuò)散器總是負(fù)責(zé)充分利用小型光譜儀的薩瓦爾元件的接收角。通過(guò)擴(kuò)散器，接收角由來(lái)自待研究的物體的光完全照亮。

在根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀的改進(jìn)方案中，探測(cè)單元包括聚焦光學(xué)器件，其中聚焦光學(xué)器件在光路中布置在偏振干涉儀與探測(cè)器之間。由此有利地，帶有相同的路程差異的射束聚焦到探測(cè)器的共同的點(diǎn)上。因此能夠產(chǎn)生空間分解的干涉圖。

附加地或替選地，根據(jù)本發(fā)明的小型光譜儀能夠包括光源。因此能夠?qū)崿F(xiàn)利用光源照射待研究的物體，從而有利地，來(lái)自待研究的物體的光的強(qiáng)度得到提高，并且因此測(cè)量結(jié)果能夠得到改進(jìn)，或者才能夠?qū)崿F(xiàn)足夠具體的測(cè)量。根據(jù)應(yīng)用也僅因此確保了對(duì)照射物體的光的光譜特性的需要的認(rèn)識(shí)。此外，通過(guò)光源能夠?qū)崿F(xiàn)使用不依賴于環(huán)境光的波長(zhǎng)和光譜強(qiáng)度。因此，在沒(méi)有或僅不充分地通過(guò)環(huán)境光，例如紫外線光或紅外線光覆蓋的頻率范圍內(nèi)的光譜也能夠得到激勵(lì)。此外，能夠通過(guò)調(diào)試光源選擇通過(guò)該光源激勵(lì)的、吸收的或傳輸?shù)纳涫Ｒ虼耍瑏?lái)自物體的被測(cè)量的光譜沒(méi)有由于環(huán)境射束的光譜份額而出錯(cuò)，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)在沒(méi)有被遮光的空間中的測(cè)量。這尤其是在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境以外的日常的使用中，并且因此對(duì)于使用在日常的使用的貨物中來(lái)說(shuō)是不可缺少的。也能夠通過(guò)這種光源選擇性地照射特定的區(qū)域，這尤其是在帶有非均質(zhì)的特性的膨脹的樣品中是有利的。