[發明專利]光譜儀設備及系統

在審

• 申請號: 201880080373.0
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN111465829A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: S·瓦魯施;R·古斯特;B·福伊爾施泰因;R·森德;I·布魯德
• 申請（專利權）人: 特里納米克斯股份有限公司
• 主分類號: G01J3/26
• 分類號: G01J3/26;G02B27/09;G01J3/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

公開了一種光譜儀系統(110)和一種光譜儀設備(112)，其適合于研究或監控目的，特別是在紅外(IR)光譜區域中，并且適于檢測熱、火焰、火或煙。本文中，光譜儀設備(112)包括：光學元件(122)，其被設計用于接收來自對象(116)的入射光(114)并將入射光(114)傳輸到長度可變濾波器(118)，其中，光學元件(122)包括光學聚光器設備(124)，其中，光學聚光器設備(124)沿反方向(126)操作，其中，光學聚光器設備(124)具有適于反射入射光的單個側壁(128)，其中，單個側壁(128)被設計為圓形側壁；長度可變濾波器(118)，其被指定用于將入射光(114)分離成組成波長信號的光譜；以及包括多個像素化傳感器(144)的檢測器陣列(120)，其中，每個像素化傳感器(144)適于接收組成波長信號之一的至少一部分，其中，每個組成波長信號與每個組成波長的強度有關。光譜儀設備(112)允許捕獲來自對象(116)的入射光(114)并將入射光(114)以特別高的聚光效率傳輸到長度可變濾波器(118)。除了光譜儀設備(112)之外，光譜儀系統(110)還包括評估單元(150)，評估單元(150)被指定用于通過評估由光譜儀設備(112)提供的檢測器信號(204、204'、204”)來確定與對象(116)的光譜有關的信息。

技術領域

本發明涉及光譜儀設備、包括光譜儀設備的光譜儀系統、以及光譜儀設備和光譜儀系統的各種用途。這樣的設備和系統通常可以用于研究或監控目的，特別是在紅外(IR)光譜區域中，尤其是在近紅外(NIR)和中紅外(MidIR)光譜區域中，以及用于檢測熱、火焰、火或煙。但是，其他種類的應用也是可能的。

背景技術

已知用于紅外(IR)光譜區域中，特別是近紅外(NIR)光譜區域中進行研究的各種光譜儀設備和系統。特別地，已經提出了包括線性可變濾波器(LVF)和檢測器陣列的組合的光譜儀設備。在本文中，LVF被指定為將從對象捕獲的光分離為組成(constituent)波長信號的光譜，而檢測器陣列包括多個像素，其中，多個像素中的每個像素被設置為接收可為每個組成波長提供功率讀數(reading)的多個組成波長信號中的至少一部分。通常，為了實現入射光可以以垂直于LVF的接收表面的方式沖擊到LVF，為此使用了擋板，但是，這通常會導致低的光通量(throughput)和差的信號噪聲比。

US 2014/131578A1公開了一種便攜式光譜儀設備，該設備包括用于對準樣本的照明源以及用于以第一焦比捕獲與樣本相互作用的光以及用于以低于第一焦比的第二焦比向LVF傳遞光的錐形光管(TLP)。優選地，TLP的一端是有透鏡的，并且凹進帶有階梯狀內壁的保護罩中。此外，TLP和LVF之間的間隙被最小化，以進一步提高分辨率和魯棒性。這里要強調的是，本文公開的TLP也可以用術語“光學聚光器設備”來表示，其中，光學聚光器設備以相反的方向操作以散布所捕獲的光并減小所捕獲的光的角展度(angular spread)，其中，光學聚光器設備包括圓錐形狀。

但是，如例如S.Madala和R.F.Boehm在2016年J.Photonics for Energy 6(4)，047002題為“Effect of reflection losses on stationary dielectric-filled non-imaging concentrators”(“反射損耗對固定電介質填充的非成像聚光器的影響”)描述的那樣，包括圓錐形狀的光學聚光器設備具有低的聚光效率。正如S.Madala等人進一步描述的那樣，菲涅耳反射和全內反射(TIR)損耗對折射型非成像太陽能聚光器的性能參數的影響會影響性能參數，從而影響能量收集。為此，S.Madala等人進行了射線追蹤分析，以便說明菲涅耳反射和TIR損耗對包括錐形聚光器(V型槽聚光器)、復合拋物線聚光器(CPC)、復合橢圓形聚光器(CEC)和復合雙曲線聚光器(CHC)的四種不同類型的固定電介質填充的非成像聚光器的影響。根據他們的發現，電介質填充材料的折射率(RI)確定了固態非成像聚光器的接收角。較大的折射率會產生較大的接收角，因此會產生較大的能量收集，但是，它們也會增加菲涅耳反射損耗。