[实用新型]一种实现低照度大视场光谱测量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光谱测量技术，具体地说是一种实现低照度大视场光谱测量的装置。

背景技术

随着传感器技术、计算机技术和光谱测量技术的发展，小型便携式光谱测量仪器的设计与生产已经成为现实，由此带动了野外光谱测量应用领域的飞速发展。但是，由于仪器的小型化和光谱测量精度的需要，光谱仪的采集窗口尺寸日益狭小，甚至直接利用光导纤维作为光谱能量的采集通道，这对远距离大视场光谱测量的光学耦合带了难题。

如图1所示：大视场光学系统在仪器耦合面上将成一个较大的像，实际进入仪器检测通道的是与耦合面尺寸对应像高的较小视场的光能。在耦合面很小的情况下，希望通过减小光学系统的像高实现对较大视场的耦合，受到了系统焦距甚至衍射极限的限制，在理论和工艺上已难以实现。

较大视场角2ω范围内的光能已不能进入光谱仪入射窗内，在焦距确定的情况下，系统的视场角的极限值被限制在2ω’范围内。

通常的解决方案是采用积分球系统，如图2所示：由被测视场发出的光能入射到与视场尺寸相匹配的积分球入射窗内，经积分球内表面的漫反射材料多次反射后充分混合，并在积分球内表面形成均匀的照度值。耦合在积分球出射窗的光谱仪入射窗接收光能，并对其进行光谱分析。图2中的R为积分球的半径。

此方法对于高亮度的，比如太阳、高炉、高亮度人造光源等主动发光物体可以进行有效测量。但由于即便不考虑积分球内多次反射带来的光能损耗，出射窗接收的光通量也仅等于入射光通量乘以出射窗面积与球面面积的比值，故而对亮度较低的发光体、野外景物的反射光谱等低亮度环境的测量需求无能为力。

发明内容

本实用新型的目的在于寻求一种实现低照度大视场光谱测量的装置，采用积分棒进行混光，利用积分棒表面的全反射实现光的混合与传递，从而在解决了大视场光学耦合的同时极大地提高了光谱仪采集光能的比例，实现了对野外景物反射光谱及较低亮度发光物体的远距离、大视场光谱测量。

按照本实用新型提供的技术方案，在光谱采集物镜与光谱仪入射窗之间有积分棒，该积分棒指向光谱采集物镜的一端为积分棒入射窗，积分棒指向光谱仪入射窗的一端为积分棒出射窗；光线经过光谱采集物镜聚焦后通过积分棒入射窗进入积分棒，再通过积分棒出射窗进入光谱仪入射窗。

所述积分棒出射窗的截面尺寸为φ’，光谱入射窗的截面尺寸为φ，积分棒出射窗的截面尺寸φ’大于光谱入射窗的截面尺寸φ。

本实用新型的优点是：由于积分棒出射窗的面积远小于传统的积分球的球面面积，传递过程中的损耗也比积分球低，因此采用积分棒方案系统的耦合效率远大于积分球方案。从而在解决了大视场光学耦合的同时极大地提高了光谱仪采集光能的比例，实现了对野外景物反射光谱及较低亮度发光物体的远距离、大视场光谱测量。

附图说明

图1为现有的利用光纤耦合的光谱测量示意图。

图2为现有的利用积分球耦合的光谱测量示意图。

图3为本实用新型的光谱测量示意图。

具体实施方式

如图3所示：在光谱采集物镜1与光谱仪入射窗2之间有积分棒6，该积分棒6指向光谱采集物镜1的一端为积分棒入射窗5，积分棒6指向光谱仪入射窗2的一端为积分棒出射窗7；光线经过光谱采集物镜1聚焦后通过积分棒入射窗5进入积分棒6，再通过积分棒出射窗7进入光谱仪入射窗2。所述积分棒出射窗7的截面尺寸为φ’，光谱入射窗2的截面尺寸为φ，积分棒出射窗7的截面尺寸φ’大于光谱入射窗2的截面尺寸φ。通常在积分棒6的表面满足全反射条件，也可通过在积分棒表面附着高反射膜层，以提高光通量。所述截面形状可以是圆形、椭圆形或多边形等。

由于光在积分棒6中传递时的损耗极低，积分棒出射窗7的光通量与积分棒入射窗5接收的光通量相差无几，因此由光谱仪采集窗口2接收到的光通量约等于光谱仪采集窗口2的面积与积分棒出射窗口7的面积之比。由于积分棒出射窗7的面积远小于积分球4的球面面积，传递过程中的损耗也比积分球4低，因此采用积分棒方案系统的耦合效率远大于积分球方案。从而在解决了大视场光学耦合的同时极大地提高了光谱仪采集光能的比例，实现了对野外景物反射光谱及较低亮度发光物体的远距离、大视场光谱测量。