[發明專利]光譜儀中的噪聲抑制

有效

• 申請號: 201880055887.0
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN111033195B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 詹姆斯·保羅·索博爾;詹姆斯·戴維·鮑威爾;喬里恩·理查德·蒂德馬什;戴維·詹姆斯·愛德蒙·丹尼
• 申請（專利權）人: 基特有限公司
• 主分類號: G01J3/18
• 分類號: G01J3/18;G01J3/28;G01J3/453
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 李麗

公開了用于檢測樣本輻射的一個或多個波長分量的光譜儀。該光譜儀包括：檢測器，該檢測器包括像素的二維直線陣列，用于基于收集的樣本輻射生成代表圖像的信號；一個或多個光學組件，該一個或多個光學組件被布置成基于樣本輻射的光譜特征形成空間圖案，該空間圖案包括多個對準的基本平行的條紋，該多個條紋的取向相對于二維直線陣列具有非零歪斜角；以及分析器，該分析器被布置成接收信號并提供與一個或多個波長有關的輸出。該光譜儀抑制檢測器中的列/行噪聲。還公開了在從檢測器陣列提取并處理信號時抑制噪聲的方法。

技術領域

本發明涉及抑制檢測器陣列中的列/行噪聲，并且特別適用于抑制基于干涉儀的光譜儀中所使用的檢測器中的噪聲。本發明還提供一種在從檢測器陣列提取并處理信號時抑制噪聲的方法。

背景技術

傅立葉(Fourier)變換干涉儀的常見設計是薩格納克(Sagnac)干涉儀。薩格納克干涉儀包括一系列光學組件，這些組件將光束分為兩部分，并沿循環路徑中的相反方向引導這兩部分。該兩個方向上的路徑長度略有不同，使得當光束的兩個部分重組時，會產生干涉圖案。通過對干涉圖案進行傅立葉變換，生成關于光束的光譜信息。

圖1示出了改進的薩格納克干涉儀，其包括分束器15和一對反射鏡21、22。干涉儀接收光或輻射(例如，紅外輻射)的輸入光束10。分束器15將光束分成兩部分并將這兩個部分引導到反射鏡21和22。光束部分沿著相似的循環路徑但在相反方向上行進。例如，在分束器15處反射的光束部分首先行進到反射鏡22，然后由反射鏡22朝向反射鏡21反射，在反射鏡21處，該光束部分被反射鏡21反射，以將該光束部分引導回分束器15。在分束器15處，該光束部分被傳輸到檢測器30。薩格納克干涉儀有時被稱為共路徑干涉儀，因為光束部分沿相反的方向穿過非常相似的路徑。兩個光束部分通過分束器15離開并在檢測器30處重組以生成干涉圖案。

薩格納克干涉儀對于反射鏡的定位要求不嚴格。這是因為，由于光束的路徑不對稱而產生了路徑差，因此振動或變化將同等地影響兩個光束，并且將趨于在干涉條紋處相互抵消。在圖1中，光束部分穿過相似的三角形路徑，但是其他形狀的路徑也是可能的。例如，通過添加一個額外的反射鏡，路徑可以變成正方形。

WO 2011/086357A1描述了諸如圖1所示那樣的薩格納克型干涉儀。在這種布置中，反射鏡21和22是曲面反射鏡。曲面反射鏡將兩個光束部分聚焦在檢測器30上。在檢測器上形成空間干涉信號。這里通過引用將WO 2011/086357A1合并于此。

檢測器30可以是像素陣列，其可以被優化以用于檢測感興趣的電磁輻射的波長，比如可見光或紅外光。示例檢測器可以是CCD陣列或CMOS陣列。檢測器陣列可以包括像素的一維或二維陣列。像素的一維陣列由像素的線性陣列或單線組成。二維陣列由具有以行和列布置的像素的檢測器組成。對于基于干涉儀的光譜儀，通常生成的干涉圖案僅在一個方向上具有基本全部(如果不是幾乎全部的話)強度變化。換句話說，形成條紋。干涉圖案將具有如下寬度，在該寬度上展開相同的圖案和強度變化。盡管可能使用一維陣列檢測器，并且在一些應用中可能將干涉圖案聚焦下來，以使得其寬度不超過一維檢測器的寬度，但在其他應用中，可以優選地使用二維檢測器。在這種情況下，可能優選地不聚焦干涉圖案，或者可能無法聚焦。例如，與一維檢測器陣列相比，可以在更大的尺寸范圍上和以更低的成本獲得二維檢測器陣列。因此，當使用二維檢測器時，干涉圖案的寬度可以遍布整個檢測器。如圖2示意性地示出的，其中檢測器是7×13像素檢測器(即，具有布置在13列中的7行檢測器)，并且干涉圖案的寬度在豎直方向上延伸到4-5個像素上，強度變化(即條紋)在水平方向上延伸到8-9個像素上。二維檢測器陣列的使用可以允許更多的信號被收集，從而潛在地增強了信噪比。

二維檢測器陣列的使用導致實質上一維的信號被以二維方式檢測并記錄。檢測器陣列具有固有噪聲。對于模擬二維檢測器陣列，固有噪聲包括行和/或列噪聲，其有時被描述為固定模式噪聲(FPN)。