專利名稱：一種光纖束光譜儀的制作方法
一種光纖束光譜儀
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜輻射測量領(lǐng)域，具體涉及一種使用陣列探測器的光纖束光譜儀。背景技術(shù)：
光譜學(xué)是測量紫外、可見、近紅外、紅外波段等光強(qiáng)度的一種技術(shù)。光譜測量的應(yīng)用范圍非常廣泛，如顏色測量、化學(xué)成份的濃度測量、電磁輻射分析、光源發(fā)光和航空航天光譜分析等。光纖束光譜儀通常采用光纖束作為光信號接收耦合器件，由于其使用方便已被廣泛地應(yīng)用于采用陣列探測器的快速光譜儀中，其基本原理為由多根光纖組成的光纖束作為光信號輸入元件，將被測光信號引入光譜儀暗箱中，來自光纖束輸出端的光信號首先經(jīng)過一個入射狹縫，穿過入射狹縫的部分光束照射到色散元件上進(jìn)行分光，然后色散光被會聚到達(dá)陣列探測器，被陣列探測器接收和檢測，從而得到被測光的光譜信息。其中，入射狹縫是光纖束光譜儀所必不可少的關(guān)鍵部件，從光譜儀的成像關(guān)系上來看，陣列探測器的像素上接收到的光譜就是入射狹縫在該光譜下的單色像。然而，現(xiàn)有的光纖束光譜儀存在以下缺陷入射狹縫僅使很從光纖或光纖束出射的少量光線進(jìn)入光譜儀暗箱內(nèi)參與測量，而絕大部分的取樣光信號是不參與測量的，導(dǎo)致光譜儀的靈敏度較低，這個問題在測量弱光時顯得特別突出，會帶來較大的測量誤差，而且低靈敏度意味著在測量中探測器的積分時間一般較長，同時還容易帶來非線性和暗噪聲等較大的誤差。此外，現(xiàn)有的光纖束光譜儀僅能測量被測目標(biāo)局部區(qū)域內(nèi)的平均光譜信息，功能單一，根本無法通過一次測量得到多個目標(biāo)的光譜信息，例如二維空間內(nèi)各點(diǎn)的光譜功率分布，即二維光譜圖像，或者來自于不同光學(xué)取樣裝置的光信號光譜功率分布。若要用現(xiàn)有光纖束光譜儀測量圖像光譜，則必須要用機(jī)械的方法逐點(diǎn)掃描測量，測量時間相當(dāng)長，而且逐點(diǎn)掃描測量對于對準(zhǔn)的要求很高，精確的逐點(diǎn)掃描成本很極高，時間很長?，F(xiàn)有的圖像光譜儀(高光譜儀)雖然能夠測量二維光譜圖像，但也不是一次取樣實(shí)現(xiàn)測量的，必須通過掃描機(jī)構(gòu)(如飛機(jī)或航天器的飛行等)逐點(diǎn)或逐行掃描測量或者，通過在測量光路上切換一系列的窄帶光譜濾光片來實(shí)現(xiàn)二維光譜圖像的測量。以上幾種方式，同樣存在成本高，測量時間長的問題，若被測目標(biāo)的發(fā)光隨時間變化較快，則根本不能得到精確的光譜圖像。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種靈敏度高、雜散光和暗噪聲、測量精度高的光纖束光譜儀，同時還可以靈活設(shè)計，實(shí)現(xiàn)多波段光譜儀、圖像光譜儀等測量功能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種光纖束光譜儀，其特征在于包括由多根光纖組成的光纖束、暗箱、色散元件和陣列探測器，所述的色散元件和陣列探測器設(shè)置于暗箱內(nèi)，光纖束為光信號接收元件，或者成為光信號輸入元件，光纖束的輸入端與一個光學(xué)取樣裝置相連，采集要測量的光信號， 光纖束的輸出端固定設(shè)置于暗箱的色散元件的入射光路上，所述的光纖束的輸出端中包含兩個或兩個以上的光纖單元，每個光纖單元由一根或一根以上光纖組成，并且輸出端的光纖單元編排成長條的光狹縫，光纖束的輸出端和色散元件之間不另設(shè)置入射狹縫，光狹縫直接成為光纖束光譜儀的入射狹縫。本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過將光纖束輸出端的編排形成光狹縫，并固定設(shè)置于入射光路上，直接成為光譜儀的入射狹縫，從光狹縫出射的光可全部耦合到色散元件上，此過程中進(jìn)入光纖束輸入端的光信號幾乎全部入射到色散元件上，其光能量損失大幅減小，陣列探測器接收到的光信號大幅增強(qiáng)，光纖束光譜儀的靈敏度也相應(yīng)大幅增強(qiáng)，因此，線性誤差和暗噪聲誤差也可以大幅減小，整體測量精度大幅提高。光纖束由多根光纖組成，在現(xiàn)代光纖技術(shù)中單根光纖的尺寸、形狀以及多根光纖的編排都能夠很好地控制。在多光纖形成的光纖束中，輸入端和輸出端的光纖完全可以按需要編排到明確的一一對應(yīng)定位關(guān)系，而且輸入端和輸出端能夠較為方便地編排成任意指定的所需要的形狀。本發(fā)明中所述的光纖單元是對光纖的有序劃分和編碼，光纖單元的劃分方式如下在光纖束輸出端的光狹縫上，沿縫向?qū)⒐饫w束劃分成指定等份，每個等份稱為一個光纖單元，因此，一根光纖可以為一個光纖單元，或者多個光纖組成一個光纖單元。必須明確的是，光纖束中的輸出端的光纖單元和光纖束輸入端的光纖單元是一一對應(yīng)的確定的位置關(guān)系。如附圖2所示，光狹縫是矩形的，或者總體是矩形，也允許在兩頭因加工方便也可以做成圓弧形。在輸入端，將光纖束可編排成圓形或正多邊形或其它任意指定的形狀，輸入端的編排形狀可以按被測目標(biāo)的采樣需求確定。將光纖束編排成圓形或正多邊形這些形狀較有利于光纖束的編排工藝，也便于接收來自取樣裝置的光能量，提高光纖束光譜儀的靈敏度。本發(fā)明的光纖束光譜儀中，所述的陣列探測器為二維陣列探測器，所述的光纖束輸出端的光狹縫為矩形，且光狹縫的縫向與色散元件的分光方向相垂直，所述的陣列探測器的兩維像素方向分別與縫向和分光方向相對應(yīng)。從成像關(guān)系上來看，陣列探測器的像素上接收到的光譜實(shí)際上是入射狹縫在該光譜下的單色像。上述技術(shù)方案使陣列探測器的兩維像素分別可視為空間維和光譜維，其中與縫向?qū)?yīng)的是空間維，與分光方向相對應(yīng)是光譜維。上述的光狹縫由一列光纖單元組合而成，像素的空間維坐標(biāo)與光狹縫上的光纖單元相對應(yīng)；在光譜維上，像素的坐標(biāo)分別與色散波長一一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光譜測量。若利用上述技術(shù)方案測量進(jìn)入光纖束的光信號的平均光譜，則將具有相同空間維坐標(biāo)的像素響應(yīng)相疊加，能夠進(jìn)一步提高儀器的靈敏度。若在上述技術(shù)方案中，光狹縫上的各光纖單元與被測目標(biāo)指定區(qū)域內(nèi)的各點(diǎn)一一對應(yīng)，且光狹縫上的各根光纖有序排布，則上述像素光譜維坐標(biāo)與被測目標(biāo)中的各點(diǎn)相的光譜分布相對應(yīng)，本技術(shù)方案的光纖束光譜儀能夠通過一次取樣快速測量光纖束輸出光狹縫對應(yīng)的被測目標(biāo)上空間所有各點(diǎn)的光譜功率分布，即被測目標(biāo)的圖像光譜，被測目標(biāo)的圖像和區(qū)域取決于光纖束的輸入端形狀和光學(xué)取樣裝置。若光學(xué)取樣裝置是一個成像裝置，將被測目標(biāo)成像在光纖束的輸入端表面上，則當(dāng)光纖束的輸入端的光纖單元也是呈狹縫形狀編排時，如圖5所示，則本技術(shù)方案中的光纖束光譜儀測量的是一行或一列被測目標(biāo)中各點(diǎn)的光譜信息，如圖5所示；當(dāng)光纖束的輸入端光纖單元被編排成圓形、矩形或其它多邊形時，如圖6所示，則光纖束光譜儀測量的是被測目標(biāo)對應(yīng)圓形或多邊形區(qū)域內(nèi)的光譜圖像，如圖7所示。本技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的空間圖像光譜測量的顯著技術(shù)優(yōu)勢是測量速度很快，不需要使用掃描機(jī)構(gòu)。在上述技術(shù)方案中，所述的光纖束可以是具有兩個或以上輸入端、一個輸出端的分叉光纖束，輸出端中按縫向編排的光纖被有序編排在各輸入端中，所述每個輸入端前可設(shè)置相同或不同的光學(xué)取樣裝置。該技術(shù)方案能充分利用光譜儀的色散元件和陣列探測器部分，可同時實(shí)現(xiàn)對于不同的目標(biāo)的測量，大幅降低測量成本。通過輸入端光學(xué)取樣裝置的設(shè)置，每個輸入端所采集的光信號類型和來源也可以有所差別，這些光信號能夠通過光纖束的編排設(shè)置而一次性輸入到光纖束光譜儀內(nèi)，并由具有不同空間維坐標(biāo)的像素完成測量。例如，每個輸入端分別和一個積分球連接，每個積分球中各設(shè)置一個被測光源，則通過本技術(shù)方案，一臺光纖束光譜儀就能同時測量多個被測光源的光譜，而且各光源光譜能夠方便地比對；又例如，所有輸入端都和一個大面積漫透射板連接，但連接區(qū)域不同，則通過一次取樣測量，就能夠得到該漫透射板各區(qū)域的光譜分布；各輸入端還可以與不同的透鏡成像裝置相連接，每個透鏡成像裝置對準(zhǔn)不同的被測目標(biāo)，則通過一次取樣測量，光纖束光譜儀能夠同時得到距離相距較遠(yuǎn)的多個被測目標(biāo)的圖像光譜信息。上述的二維陣列探測器可以是電荷耦合器件(CCD)或光電二極管陣列(PDA)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q傳感器作為其光電傳感器件。本發(fā)明的光纖束光譜儀中，光纖束還可以是具有一個輸入端和兩個或兩個以上輸出端的分叉光纖束，光信號從光纖的輸入端進(jìn)入，按一定的光纖編排規(guī)律傳輸?shù)礁鱾€輸出端，每個輸出端都與一個光譜儀暗箱相連接，每個輸出端和相應(yīng)的暗箱構(gòu)成一個子光纖束光譜儀，子光纖束光譜儀均配有一套色散元件和陣列探測器，并且每個光纖束輸出端均固定設(shè)置于一個暗箱中的色散元件入射光路上，每個輸出端都編排成光狹縫，將輸出光耦合到色散元件上，經(jīng)分光后被陣列探測器接收和測量。本技術(shù)方案中通過分叉光纖束和多個子光纖束光譜儀的并接，同時測量進(jìn)入光纖束輸入端的入射光的光信號。作為一種技術(shù)方案，各個子光纖束光譜儀中的色散元件不相同，或者各個子光纖束光譜儀中的陣列探測器不相同，或者各個子光纖束光譜儀中色散元件和陣列探測器的排布位置不相同。本技術(shù)方案的目的是使各子光纖束光譜儀的光譜測量波段范圍各不相同。例如，分叉光纖束有3個輸出端，各相連暗箱的光譜測量范圍為200nm-400nm、 380nm-780nm、780nm-1650nm，通過這樣的設(shè)置，使得光纖束光譜儀能同時測量波長范圍跨度很大的光譜，并且相互獨(dú)立測量，能大幅減小不同波段上的雜散光和高次光譜的干擾。作為另一種技術(shù)方案，上述與各子光纖束光譜儀所測量的空間區(qū)域各不相同，通過分叉光纖束將不同區(qū)域的光信號輸出到不同的子光纖束光譜儀中分別進(jìn)行測量。所述的分叉光纖束的輸入端和各個輸出端有序編排，每個輸出端中按縫向編排的光纖單元在輸入端中被有序編排成指定圖形；并且所述在每個子光纖束光譜儀內(nèi)的陣列探測器均為二維陣列探測器，每個光狹縫的縫向都與對應(yīng)色散元件的分光方向相垂直，所述的每個陣列探測器的兩維方向均分別與縫向和分光方向相對應(yīng)。本技術(shù)方案中，若光纖束輸入端前設(shè)置光學(xué)成像裝置，將被測目標(biāo)成像到輸入端上，則與每個光纖束輸出端相連的光譜儀都測量被測目標(biāo)指定區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的光譜功率分布，即光譜圖像。所述指定區(qū)域由光學(xué)取樣裝置和分叉光纖束的輸入端和輸出端的光纖單元編排方式?jīng)Q定，例如可采用以下編排方式被編排成光狹縫的輸出端各自對應(yīng)于輸入端上的一列，如圖9所示，或者輸出端光狹縫各自對應(yīng)于輸入端上的一個矩形區(qū)域。通過整合各個暗箱的測量結(jié)果，可以得到輸入端所采集的被測目標(biāo)上各點(diǎn)的光譜功率分布，即被測目標(biāo)在二維空間內(nèi)各點(diǎn)的光譜功率分布。本技術(shù)方案的光纖束光譜儀實(shí)現(xiàn)了圖像光譜儀的功能，并且是通過一次采樣測量實(shí)現(xiàn)的，與傳統(tǒng)圖像光譜儀相比，本技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于測量速度快、不需要機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行逐行掃描；而且上述的取樣裝置和光譜測量暗箱通過光纖束連接，兩者在結(jié)構(gòu)上是可以相分離的，使得對取樣裝置的配置可以更加靈活，與現(xiàn)有圖像光譜儀相比，本技術(shù)方案的應(yīng)用將可以更加廣泛。上述的在光纖束的輸入端前設(shè)置的光學(xué)取樣裝置是可以多樣化的。作為一種技術(shù)方案，上述的光學(xué)取樣裝置可以是混光器，所述的混光器是積分球、 漫反射板或漫透射板等，混光器將從被測目標(biāo)對應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)出的光信號充分混合并輸出到光纖束的輸入端，此時光纖束光譜儀測量的是平均光譜信息。作為另一種技術(shù)方案，所述光學(xué)取樣裝置是具有光學(xué)成像鏡頭的成像裝置，所述光纖束的輸入端位于成像裝置的像面位置上。被測目標(biāo)通過成像裝置成像到光纖束的輸入端上，輸入端上的光纖對被測目標(biāo)測量點(diǎn)一一對應(yīng)，因此光纖束光譜儀能夠測量被測目標(biāo)的圖像光譜和圖像光譜輻亮度。本發(fā)明的光纖束光譜儀中，所述的光纖束的輸入端和輸出端的光纖單元一一對應(yīng)，輸出端中的每個光纖單元與二維陣列探測器上沿分光方向的一行或一行以上像素相對應(yīng)，這些像素具有相同或相近的空間維坐標(biāo)。上述光纖束中的光纖單元可以通過測控軟件編碼，并用測控軟件梳理其在光纖輸入端和輸出端的一一對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明通過將光纖束的輸出端編排成光狹縫來替代傳統(tǒng)的機(jī)械入射狹縫，大幅減小了光信號能量損失，使光纖束光譜儀的靈敏度大幅提高，同時降低了非線性、暗噪聲和雜散光誤差，具有較高的測量精度以及較快的測量速度。利用二維陣列探測器和光纖束的輸入端和輸出端光纖單元的有序編排，以及多套子光纖束光譜儀的并接，本發(fā)明的光纖束光譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)二維圖像光譜測量和多目的光譜測量，具有無需機(jī)械掃描或切換機(jī)構(gòu)、測量速度快、精度高、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。

附圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的光纖束光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是實(shí)施例1中的光纖束編排方式示意圖。附圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的光纖束光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是實(shí)施例2中的一種光纖束編排方式示意圖。附圖5是如附圖4中的被測目標(biāo)圖像光譜測量示意圖。附圖6是實(shí)施例2中的另一種光纖束編排方式示意圖。附圖7是如附圖6中的被測目標(biāo)圖像光譜測量示意圖。附圖8是本發(fā)明實(shí)施例3的光纖束光譜儀結(jié)構(gòu)框示意圖。附圖9是本發(fā)明實(shí)施例4的光纖束光譜儀結(jié)構(gòu)框示意圖。附圖10是實(shí)施例4中的一種光纖束編排方式示意圖。
附圖11是實(shí)施例4中的被測目標(biāo)的圖像光譜測量示意圖。1、光纖束；2、暗箱；3、色散元件；4、陣列探測器；5、光纖束輸入端；6、光纖束輸出端；7、取樣裝置；8、光狹縫；9、光纖保護(hù)層；10、被測目標(biāo)；11、光纖單元；12、子光纖束光譜儀。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例1如圖1所示，包括光纖束1和光譜儀暗箱2，光纖束1為光纖束光譜儀的光信號輸入元件。本實(shí)施例中的光學(xué)取樣裝置為混光器72，它將被測目標(biāo)的光信號充分混合后輸入到光纖束1的輸入端5，并傳輸?shù)桨迪?內(nèi)。在暗箱中設(shè)置有色散元件3和陣列探測器4，所述的色散元件3為平場凹面光柵，所述的陣列探測器4為CCD。如圖2所示，光纖束1中包括多個光纖單元11和光纖保護(hù)層9，每個光纖單元11對應(yīng)一根光纖，光纖束1的輸入端編排成圓形，光纖束1的輸出端6中光纖單元11呈一行排列，被編排成光狹縫8，并固定設(shè)置在色散元件3的入射光路上。暗箱2內(nèi)不再另設(shè)置色散元件3的入射狹縫?；旃馄?2采集光信號，并將光信號收集到光纖束1的圓形輸入端5中，從光纖束輸出端6的光狹縫8出射的光束直接耦合到色散元件3上，被色散元件3分光后的光束入射到陣列探測器4上，被陣列探測器4接收和測量。實(shí)施例1所述的光纖束光譜儀測量被測目標(biāo)的平均光譜功率分布。實(shí)施例2 如圖3所示為本發(fā)明的實(shí)施例2，實(shí)施例2中的光纖束光譜儀包括成像裝置71、光纖束1和光譜儀暗箱2，在暗箱2中設(shè)置有色散元件3和陣列探測器4，其中色散元件3為平場凹面光柵，陣列探測器4為二維陣列探測器。實(shí)施例2中的光纖束輸出端6被編排成光狹縫8，而且光狹縫8的縫向和與色散元件3的分光方向相垂直。在測量中，成像裝置71 將被測目標(biāo)10成像到光纖束輸入端5上，光纖束輸出端6的光狹縫8將被測光信號耦合到色散元件3上，經(jīng)過色散元件3分光后被二維陣列探測器4接收和測量。二維陣列探測器 4中兩維像素排布方向分別與光狹縫8的縫向和色散元件3的分光方向相對應(yīng)，與分光方向一致的稱為“光譜維”，光譜維的坐標(biāo)用波長表示，從最小可測波長λ min到最大可測波長 λ _ ；與縫向一致的稱為“空間維”，空間維坐標(biāo)與光狹縫8上光纖單元11是一一對應(yīng)的，如圖3所示，從光狹縫8中一光纖單元11-1(陰影表示)出射的光信號經(jīng)過色散后，被二維陣列探測器中對應(yīng)的一列像素11-1 (陰影表示)所接收和測量。本實(shí)施例中，光纖束1中的一個光纖單元11對應(yīng)一根光纖，并且光纖單元11是有序排布的，光纖束輸出端6的光狹縫8和光纖束輸入端5的光纖單元11編排是明確的一一對應(yīng)的關(guān)系，而且通過成像裝置71，光纖束輸入端5中的各個光纖單元11獲取被測目標(biāo)10 上對應(yīng)測量點(diǎn)成像的光信號。利用光纖束光譜儀的測控軟件對光纖束1中的光纖單元U 進(jìn)行編碼，并梳理各光纖單元11與被測目標(biāo)10上對應(yīng)點(diǎn)的關(guān)系和與二維陣列探測器4上的像素關(guān)系，最終通過二維陣列探測器4的空間維坐標(biāo)能夠?qū)?yīng)表征出被測目標(biāo)10的空間坐標(biāo)。光纖束輸入端5的光纖單元11編排方式不同，最終測量的被測目標(biāo)10區(qū)域也有所不一樣。技術(shù)方案1 如圖4所示，光纖束輸入端5也被編排成狹縫形狀，光纖束輸入端5與光纖束輸出端6中的各個光纖單元11的位置對應(yīng)相同，圖4中選取一個典型光纖單元 11-1，并用陰影表示出來。成像裝置71將被測目標(biāo)10成像到光纖束輸入端5表面后，其中一行被測目標(biāo)10-1的光信號進(jìn)入光纖束輸入端5，被測目標(biāo)如圖5所示，光信號通過光纖束1進(jìn)入測量暗箱2的被測目標(biāo)行10-1用陰影表示出來，其中雙陰影表示區(qū)域10-1-1的光信號是由圖4中用陰影標(biāo)注出來的典型光纖單元11-1傳輸信號的，如圖3所示，該光信號通過色散元件3最終入射到陣列探測器4上具有相同對應(yīng)的空間維坐標(biāo)的像素上，將各空間維上所表示的光譜信息整合起來，即得到被測目標(biāo)行10-1的圖像光譜。技術(shù)方案2 如圖6所示，光纖束輸入端5也被編排成圓形，光纖束輸入端5和輸出端6的各個光纖單元11的位置一一對應(yīng)。圖6中選取一個典型光纖11-1，并用陰影表示出來。成像裝置71將被測目標(biāo)10成像到光纖束輸入端5表面后，被測目標(biāo)10上對應(yīng)圓形區(qū)域的10-1的光信號進(jìn)入光纖束輸入端5，被測目標(biāo)如圖7所示，光信號進(jìn)入測量暗箱2的被測目標(biāo)區(qū)域10-1用陰影表示出來，其中雙陰影表示區(qū)域10-1-1的光信號是由圖6中用陰影標(biāo)注出來的典型光纖單元11-1傳輸信號的，該光信號通過色散元件3最終入射到陣列探測器4上具有相同對應(yīng)的空間維坐標(biāo)的像素上，得到該被測目標(biāo)點(diǎn)10-1-1的光譜信息。將各空間維上所表示的光譜信息整合起來，即得到圓形被測目標(biāo)區(qū)域10-1的二維圖像光譜。實(shí)施例中，光纖束1中的實(shí)際光纖單元11的數(shù)量和二維陣列探測器4中的像素都遠(yuǎn)大于圖中所示。實(shí)施例3 如圖8所示為本發(fā)明的實(shí)施例3。實(shí)施例3中的光纖束光譜儀包括光纖束1、光譜儀暗箱2和多個積分球72-1，72-2，72-3。本實(shí)施例中的暗箱2結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同。本實(shí)施例中的光纖束1為具有3個輸入端5和一個輸出端6的分叉光纖束，每個輸入端都與一個積分球72連接，，各個積分球72中都點(diǎn)亮一個被測光源10，因此各個輸入端分5別采集了各個被測光源10的信號，并通過光纖束輸出端6的光狹縫8將各路光信號一起引入到暗箱2內(nèi)進(jìn)行光譜測量。在二維陣列探測器4中，不同空間維的像素對應(yīng)測量來自不同被測光源10的光信號，如圖8中所示的三種不同陰影區(qū)域分別測量的是三個被測光源10的光譜信息。本實(shí)施例通過一次取樣能夠測量不同光源的光譜信息。實(shí)施例4 如圖9所示為本發(fā)明的實(shí)施例4。實(shí)施例4由成像裝置71、η路分叉光纖束1和 η套光譜測量暗箱4組成，每個暗箱2中分別標(biāo)配有色散元件3和陣列探測器4，其結(jié)構(gòu)和方式與實(shí)施例4中的暗箱2相同。所述的η路分叉光纖束1具有一個輸入端5和η個輸出端6，每個輸出端都與一個暗箱2連接，并且每個輸出端6都編排成光狹縫8。如圖9所示為光纖束1的輸入端5和第i個輸出端6-i。光纖束1中每個輸出端5光狹縫8都與輸入端5上的某一行對應(yīng)，如圖10中所示的第i個輸出端的光狹縫8-i與輸入端上用陰影標(biāo)注出的光纖行11-i項(xiàng)對應(yīng)，其中的一典型光纖單元11-i-j也是相互連通和對應(yīng)的，本實(shí)施例中，每根光纖對應(yīng)一個光纖單元11。被測目標(biāo)10經(jīng)過成像裝置71成像到光纖束輸入端5表面上，被測目標(biāo)10的像完全進(jìn)入光纖束1，由于光纖束1已經(jīng)過上述有序編排，被測目標(biāo)10的光信號分行傳輸?shù)礁鱾€光纖束ι輸出端6，并進(jìn)入對應(yīng)暗箱進(jìn)行測量，每個暗箱2中的測量過程都與實(shí)施例2中的技術(shù)方案1相同，即每個暗箱2都獲取被測目標(biāo)10上對應(yīng)行中各點(diǎn)的光譜信息。如圖11所示，被測目標(biāo)10用陰影標(biāo)注的一行 ο-i是由圖10中所示的第i路輸出端6-i傳輸并被與其相連的暗箱測量的，圖中用雙陰影表示的被測目標(biāo)上的一點(diǎn)10-i-j就是通過對應(yīng)的光纖單元11-i-j傳輸?shù)?。將各個暗箱2中二維陣列探測器4所測量結(jié)果整合起來，即得到被測目標(biāo)的二維圖像光譜。實(shí)施例4實(shí)現(xiàn)的二維圖像光譜測量的主要特點(diǎn)是一次取樣即得到圖像光譜，測量速度極快；不需要機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)，對準(zhǔn)精度高；取樣裝置7和光譜測量暗箱2通過光纖束1連接，兩者在結(jié)構(gòu)上相分離，本光纖束光譜儀取樣配置更加靈活，應(yīng)用范圍更廣。
權(quán)利要求
1.一種光纖束光譜儀，其特征在于包括光纖束(1)、暗箱O)、色散元件C3)和陣列探測器，所述光纖束⑴的輸入端(5)接收光信息，所述的色散元件(3)和陣列探測器(4) 設(shè)置于暗箱O)內(nèi)，光纖束(1)的輸出端(6)固定設(shè)置于所述色散元件(3)的入射光路上， 所述的光纖束(1)的輸出端(6)包含兩個或兩個以上的光纖單元(11)，并且輸出端(6)的光纖單元(11)編排成光狹縫(8)，光纖束(1)的輸出端(6)和色散元件C3)之間不另設(shè)置入射狹縫，光狹縫(8)直接成為光纖束光譜儀的入射狹縫。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的光纖束(1)的輸入端(5)被編排成圓形或正多邊形或指定圖案。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的陣列探測器(4)為二維陣列探測器，所述光纖束輸出端(6)的光狹縫⑶的縫向與色散元件(3)的分光方向相垂直， 所述的陣列探測器的兩維像素方向分別與縫向和分光方向相對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的光纖束輸入端(5)和輸出端(6)的光纖單元(11) 一一對應(yīng)，輸出端(6)中的每個光纖單元(11)與二維陣列探測器 (4)上沿分光方向的一行或一行以上像素相對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的光纖束(1)是具有一個輸入端(5)、兩個或兩個以上輸出端(6)的分叉光纖束，每個輸出端(6)均將固定設(shè)置于一個暗箱O)的色散元件(3)的入射光路上，并且光纖束(1)的每個輸出端(6)都編排成光狹縫(8)，每個輸出端(6)和相應(yīng)的暗箱( 構(gòu)成一個子光纖束光譜儀(12)。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的各個子光纖束光譜儀(12) 中的色散元件C3)不相同，或者各個子光纖束光譜儀(1 中的陣列探測器(4)不相同，或者各個子光纖束光譜儀(1 中色散元件( 和陣列探測器的排布位置不相同。
7.如權(quán)利要求5所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的光纖束輸入端(5)和各個輸出端(6)有序編排，每個輸出端(6)中按縫向編排的光纖單元(11)在輸入端(5)中被有序編排成指定圖形；并且所述在每個子光纖束光譜儀(1 內(nèi)的陣列探測器(4)均為二維陣列探測器，每個光狹縫(8)的縫向都與對應(yīng)色散元件C3)的分光方向相垂直，所述的每個陣列探測器的兩維方向均分別與縫向和分光方向相對應(yīng)。
8.如權(quán)利要求3或4所述的光纖束光譜儀，其特征在于所述的光纖束(1)是具有兩個或兩個以上輸入端( 和一個輸出端(6)的分叉光纖束，輸出端(6)中按縫向編排的光纖單元(11)被有序編排在各輸入端( 上。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的光纖束光譜儀，其特征在于在光纖束輸入端( 前設(shè)置具有光學(xué)成像鏡頭的成像裝置(71)，所述的光纖束輸入端( 位于成像裝置 (71)的像面位置上。
10.如權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的光纖束光譜儀，其特征在于在光纖束輸入端( 前設(shè)置混光器(72)，所述的混光器(7 是積分球、漫反射板或漫透射板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖束光譜儀，包括光纖束、色散元件、陣列探測器元件，通過將光纖束的輸出端編排成光狹縫，并固定設(shè)置在色散元件的入射光路上，直接作為光譜儀的入射狹縫，能大幅減小取樣光信號能量損失，大幅提高儀器靈敏度，并因此而降低了儀器的非線性、暗噪聲和雜散光誤差，具有較高的測量精度以及較快的測量速度。利用二維陣列探測器和光纖束輸入端和輸出端光纖單元的有序編排，以及多套子光纖束光譜儀的并接，本發(fā)明的光纖束光譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)二維圖像光譜測量和多目的光譜測量，具有無需機(jī)械掃描或切換機(jī)構(gòu)、測量速度快、精度高、配置靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01J3/28GK102435311SQ20111026433
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者潘建根 申請人:杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司