[發明專利]微型分光儀和設置用于對象的光譜分析的方法

在審

• 申請號: 201880007134.2
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN110168414A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: B.斯坦因;M.胡斯力克;E.鮑姆加特;C.胡貝;R.維斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G01J3/02;G01N21/00;G01J3/28;G01J3/45;G01J3/453
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙伯俊;劉茜

本發明涉及一種微型分光儀（1000），所述微型分光儀包括：?探測單元（3），所述探測單元被設置用于確定電磁輻射的光學量；?光學單元（1），所述光學單元包括Savart?元件（V），其中，所述Savart?元件（V）包括偏光器（10）、第一雙折射元件（12'）和第二雙折射元件以及分析器（11）；和?光學成像系統（2），所述光學成像系統布置在所述光學單元（1）和所述探測單元（3）之間的光路中，其中，所述光學成像系統（2）被設置用于，使來自所述光學單元（1）的電磁輻射（103'、103''）成像到所述探測單元（3）上；其中，所述光學成像系統（2）包括多孔物鏡（22），其中，所述多孔物鏡（22）包括多個光學成像通道。

背景技術

在US 9316539 B1中描述了一種靜態的傅里葉變換分光儀，它包括擴散器、包括雙折射晶體和偏光器的組件——雙折射晶體和偏光器用于產生不同光程差，以及準直儀——該準直儀將具有相同光程差的射束聚焦到探測器陣列的一點上。干涉圖被傅里葉變換，所述干涉圖產生在探測器處。

在WO 2011/093794 A1中示出了一種成像系統，所述成像系統包括用于產生干涉條紋的Savart-偏光鏡。

發明內容

本發明涉及一種微型分光儀和一種設置用于對象的光譜分析的方法。

為了產生干涉圖，能夠使用例如所謂的單孔物鏡（Einzelapertur- Objektive）或者智能手機相機。單孔物鏡是指具有單個開口（即一個孔）的經典物鏡系統，光通過所述單個開口進入。通常，光束的最大直徑以及因而能夠由這種單孔物鏡收集的最大光功率通過單孔物鏡的入射光瞳來定義。入射光瞳是真實的或者虛擬的開口，所述開口限制入射到光學系統中的射線束。入射光瞳能夠作為孔徑光闌的圖像出現，其方式為該入射光瞳由其前面的元件（例如，透鏡或者反射鏡）成像到對象空間中。如果單孔物鏡包括單透鏡，如這例如在WO 2011/093794 A1中所示出的那樣，則，入射光瞳等于透鏡的機械直徑。機械直徑越小，能夠通過入射光瞳的光功率越少。

借助于Savart-元件和成像的元件（例如透鏡），能夠接收對象的干涉圖。干涉圖能夠借助于傅里葉變換被轉換成由該對象發出的電磁輻射的光譜。基于Savart-元件的分光儀的原理是：由對象導致的光束被分成兩個優選具有相同強度的射束，并且，兩個射束之一（分開地）比另一個在光學上通過更長的路徑。此后，兩個射束通過物鏡再次在探測平面中的一個點上疊加。根據光學路徑的差異以及由此產生的相位差，兩個射束發生干涉并且產生光斑，所述光斑的強度取決于兩個射束的相位差。Savart-元件能夠包括例如偏光器、一個或者多個雙折射晶體和分析器。例如，從上面引用的現有技術中已知的是晶體的不同布置方式。例如，λ/2板能夠布置在兩個雙折射晶體之間的光路中。如果光束以某一特定的角度出現在Savart-元件上，則它被分成兩個關于彼此正交偏振的射束，Savart-元件通過分析器使該正交偏振的射束再次彼此平行地間隔開，并且，所述正交偏振的射束通過在探測平面（即例如其中布置探測器或者探測器陣列的平面）中的成像光學器件而被成像到共同的點上。兩個射束相對于彼此的光學光程差和在探測平面中的共同的成像點的位置取決于光束到Savart-元件上的入射角。因此，在探測平面中產生二維干涉圖。在一個實施方式中，擴散器能夠布置在Savart-元件的入射面前方的光路中。該實施方式例如非常適用于沒有同時成像的單純的分光鏡。

例如，智能手機-物鏡通常包括具有高度非球面表面的多個透鏡，以便實現足夠好的圖像質量。這種透鏡以非常小的制造公差被制造，以便實現好的圖像質量。物鏡具有例如大約5mm的總結構長度（即，在光路中的第一透鏡的對象側的節點與探測器或者相機傳感器之間的距離），還具有典型地大約60°的成像區域以及盡可能小的光圈數（例如，1.8的光圈數）。光圈數的增加能夠實現成像誤差的減少，這尤其是在成像區域變大時是重要的。通過增加光圈數目也增加了物鏡的總結構長度。

在相機像素或者傳感器陣列的傳感器上的輻射流P_im能夠借助于以下等式來確定：