專利名稱：一種二維光譜測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種集圖像和光譜測(cè)量為一體的光譜
測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
亮度和顏色參數(shù)直接反應(yīng)人眼對(duì)光的感知，在平板顯示、照明工程和 光源設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。在平板顯示等領(lǐng)域，需考察被測(cè)光源二維平面 內(nèi)每一點(diǎn)的亮度、色度等光色光譜信息，目前常用測(cè)量這些參數(shù)的設(shè)備包括瞄點(diǎn)式亮度 計(jì)和圖像式亮度計(jì)。瞄點(diǎn)式亮度計(jì)每次僅能對(duì)準(zhǔn)測(cè)量一點(diǎn)的亮度和色度，測(cè)量整個(gè)二 維平面的效率比較低。圖像式亮度計(jì)能夠通過一次成像測(cè)量二維平面內(nèi)各點(diǎn)的亮度， 但是現(xiàn)有圖像式亮度計(jì)的色度一般是通過三刺激值法實(shí)現(xiàn)的在圖像式亮度計(jì)的陣列 探測(cè)器前設(shè)置一組濾色片，使陣列探測(cè)器的整體相對(duì)光譜靈敏度與顏色三刺激值曲線 m，m，m相匹配，通過測(cè)量光源的三刺激值χ、γ、ζ,并計(jì)算得到被測(cè)光的色品坐標(biāo)、 色溫等色度參數(shù)。一方面該方法會(huì)存在探測(cè)器光譜失匹配誤差，而且由于陣列探測(cè)器的面 一個(gè)像元的相對(duì)光譜靈敏度都存在差異，這種差異會(huì)使探測(cè)器的光譜失匹配誤差進(jìn)一步加 劇，導(dǎo)致最終測(cè)量精度不高；另一方面，該方法不能得到被測(cè)光源的光譜信息，因而不能對(duì) 被測(cè)光源進(jìn)行詳盡的光色分析。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型旨在提供一種能夠精確且方便地測(cè)量 被測(cè)二維目標(biāo)各點(diǎn)的光譜功率、亮度、顏色等光色參數(shù)的二維光譜測(cè)量裝置。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于包括機(jī) 殼，在機(jī)殼上設(shè)置鏡頭，被測(cè)二維目標(biāo)所發(fā)出的被測(cè)量光束從鏡頭進(jìn)入機(jī)殼，并成像于機(jī)殼 內(nèi)；在機(jī)殼內(nèi)設(shè)置觀察器和光譜儀，所述光譜儀由狹縫、色散部件和二維多通道探測(cè)器，被 測(cè)光從狹縫進(jìn)入光譜儀內(nèi)；由帶縫的平面反射鏡構(gòu)成的狹縫或者在鏡頭后的光路上設(shè)置 的分光器將從鏡頭出射的光至少分成兩路，其中一路光束被所述觀察器接收，另一路光束 穿過狹縫進(jìn)入光譜儀內(nèi)被分光測(cè)量，狹縫位于被測(cè)二維目標(biāo)的通過鏡頭所成像的像面位置 上；在機(jī)殼內(nèi)或者在機(jī)殼上還設(shè)置掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)使狹縫與被測(cè)二維目標(biāo)的像面產(chǎn) 生相對(duì)位移。本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，被測(cè)二維目標(biāo)通過鏡頭分別成像于光譜儀的狹縫和觀 察器。通過觀察器觀察和對(duì)準(zhǔn)所需測(cè)量的二維區(qū)域，同時(shí)觀察器還能起到輔助調(diào)節(jié)鏡頭焦 距，使得狹縫和被測(cè)二維目標(biāo)形成較好的光學(xué)成像共軛關(guān)系的目的。光譜儀測(cè)量被測(cè)二維 目標(biāo)各點(diǎn)的光譜和亮度、顏色等光學(xué)參數(shù)。光譜儀的狹縫位于被測(cè)二維目標(biāo)的像面上，且 僅使像面上的一部分光束通過，一般狹縫為矩形狹縫，因此被測(cè)二維目標(biāo)中的僅有某一行/ 列或某一行/列的部分區(qū)域內(nèi)的各點(diǎn)發(fā)出的被測(cè)光束通過鏡頭進(jìn)入狹縫，光譜儀的色散部 件將該行/列光源的光束沿與該行/列垂直的方向依光譜次序色散好，并將色散光投射到二維多通道探測(cè)器上。二維多通道探測(cè)器中的一維表示進(jìn)入狹縫的被測(cè)二維目標(biāo)的一行/ 列光源的各點(diǎn)，另一維表示某一點(diǎn)光源發(fā)出的光在不同波長(zhǎng)的功率，即光譜。一次測(cè)量中， 光譜儀能夠測(cè)得被測(cè)二維目標(biāo)某一行/列或某一行/列的部分區(qū)域上各點(diǎn)的發(fā)光光譜、亮 度等參數(shù)。通過掃描機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)，被測(cè)二維目標(biāo)的像面與狹縫發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，被測(cè)二維光源 像面的各行/列都依次進(jìn)入光譜儀進(jìn)行分光測(cè)量。通過機(jī)殼中的微處理器或者上位機(jī)軟件 合成光譜儀的各次測(cè)量結(jié)果，即可得到被測(cè)二維目標(biāo)上各點(diǎn)的被測(cè)光束光譜分布、亮度和 顏色等完備的光學(xué)參數(shù)，并且操作方便，測(cè)量精確高。本實(shí)用新型還可以通過以下技術(shù)方案進(jìn)一步限定和完善上述的掃描機(jī)構(gòu)與光譜儀相連的平移機(jī)構(gòu)，平移機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)光譜儀發(fā)生平移，使光 譜儀的狹縫在被測(cè)二維目標(biāo)的像平面內(nèi)移動(dòng)，以使像平面內(nèi)不同區(qū)域的光穿過狹縫進(jìn)入光 譜儀中測(cè)量。由于物象關(guān)系的存在，光譜儀相對(duì)機(jī)殼移動(dòng)較小范圍就能測(cè)量實(shí)際尺寸較大 的被測(cè)二維目標(biāo)的測(cè)量。該平移機(jī)構(gòu)可設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)部，也可以設(shè)置在機(jī)殼的外部，所述的 平移機(jī)構(gòu)中具有電機(jī)或帶減速器的電機(jī)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和上述的二維多 通道探測(cè)器都與微處理器或者上位機(jī)或者通過微處理器與上位機(jī)電連接，由微處理器或者 上位機(jī)控制所述平移機(jī)構(gòu)和光譜儀的工作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，合成光譜儀測(cè)得的被測(cè)二維 目標(biāo)各區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的光譜分布，并通過計(jì)算求得被測(cè)二維目標(biāo)上的每點(diǎn)在被測(cè)方向上的亮 度、光譜輻亮度和顏色參數(shù)等完備的光學(xué)參數(shù)，并可進(jìn)行任意子區(qū)域內(nèi)的光學(xué)參數(shù)的分析 比較?；蛘呱鲜龅膾呙铏C(jī)構(gòu)是與機(jī)殼相連的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)殼整體自 轉(zhuǎn)，使鏡頭逐次對(duì)準(zhǔn)被測(cè)二維目標(biāo)的不同區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)狹縫與被測(cè)二維目標(biāo)像面產(chǎn)生相 對(duì)位移。所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)中具有電機(jī)或帶減速器的電器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和 光譜儀中的二維多通道探測(cè)器都與機(jī)殼中的微處理器或者上位機(jī)電連接，或者通過微處理 器與上位機(jī)電連接，由微處理器或者上位機(jī)控制二者工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，合成光譜儀測(cè) 得的被測(cè)二維目標(biāo)各區(qū)域內(nèi)每點(diǎn)的光譜分布，并通過計(jì)算求得被測(cè)二維目標(biāo)上的各點(diǎn)在被 測(cè)方向上的亮度、光譜輻亮度和顏色參數(shù)等完備的光學(xué)參數(shù)，并可進(jìn)行任意子區(qū)域內(nèi)的光 學(xué)參數(shù)的分析比較。或者上述的掃描機(jī)構(gòu)是在設(shè)置外殼內(nèi)部的光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡，所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡位于鏡頭 與狹縫之間的光路上，光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡通過旋轉(zhuǎn)使被測(cè)二維目標(biāo)的像在狹縫位置產(chǎn)生位移，狹 縫逐次接收到來自被測(cè)二維目標(biāo)各區(qū)域的光信號(hào)。所述的光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡包括電機(jī)或帶減速器 的電機(jī)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路下繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和 光譜儀的二維多通道探測(cè)器都與機(jī)殼中的微處理器或上位機(jī)電連接，或者通過微處理器與 上位機(jī)電連接，由微處理器或上位機(jī)控制光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡和光譜儀工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將測(cè) 得的被測(cè)二維目標(biāo)各部位的光學(xué)參數(shù)信息合成。在本技術(shù)方案中，鏡頭所成的被測(cè)二維目 標(biāo)的像可以是曲面的，剛好能保證在光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)過程中狹縫都處于像面位置，使測(cè) 量更為精確。上述從鏡頭到光譜儀和觀察器的光路是通過以下方式安排所述狹縫為帶縫的平 面反射鏡，來自鏡頭的一部分光束穿過狹縫進(jìn)入光譜儀內(nèi)，而另一部分來自鏡頭的光束被 狹縫的平面反射鏡部分反射到觀察器中。在本方案中，當(dāng)掃描機(jī)構(gòu)處于某一位置時(shí)，光譜儀 僅測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)的某一行/列或者某一行/列的一個(gè)區(qū)域的光譜和亮度等光學(xué)參數(shù)；反射鏡將進(jìn)入鏡頭的其它光束反射到的觀察器，由于穿過狹縫的區(qū)域的光沒有參與反射， 觀察器接收不到這部分光束，因此在觀察器中，會(huì)呈現(xiàn)出有一個(gè)黑色狹縫型區(qū)域，該區(qū)域即 為光譜儀此時(shí)所測(cè)量的區(qū)域。利用這一現(xiàn)象能夠精確更為準(zhǔn)確地得到本實(shí)用新型的二維光 譜測(cè)量裝置的測(cè)量狀態(tài)。鏡頭到光譜儀和觀察器的光路通過也可以以下方式安排上述的鏡頭和光譜儀的 狹縫間的光路上設(shè)分光器。所述的分光器為部分透射部分反射的平面分光鏡。當(dāng)分光器為 平面分光鏡時(shí)，觀察器和狹縫處于光學(xué)成像的共軛位置，二者都在被測(cè)二維目標(biāo)通過鏡頭 所成的像的像面位置。或者所述的分光器為一個(gè)平面反射鏡，該平面反射鏡能夠切入或切離光路，從而 實(shí)現(xiàn)來自鏡頭的光束選擇性地進(jìn)入觀察器或光譜儀。例如當(dāng)平面反射鏡被切入光路時(shí)，來 自鏡頭的光束反射到觀察器，通過觀察器的觀察對(duì)準(zhǔn)被測(cè)二維目標(biāo)；當(dāng)平面反射鏡被切離 光路時(shí)，來自鏡頭的光束經(jīng)過狹縫入射到光譜儀，由光譜儀與掃描機(jī)構(gòu)相配合，測(cè)量被測(cè)二 維目標(biāo)每一點(diǎn)的光譜分布和亮度等齊全的光學(xué)參數(shù)。鏡頭到觀察器的入光口或光接收器件 和狹縫的光程相同，此時(shí)通過觀察器調(diào)節(jié)焦距可以使被測(cè)二維目標(biāo)的像落在狹縫處。本實(shí)用新型的二維光譜測(cè)量裝置中的觀察器為目鏡系統(tǒng)，人眼通過目鏡系統(tǒng)觀察 被測(cè)二維目標(biāo)的整體信息。所述述的觀察器也為二維光電探測(cè)器陣列，且該二維光電探測(cè)器陣列位于被測(cè)二 維目標(biāo)的像面位置上，所述被測(cè)二維目標(biāo)的像面是指通過所述鏡頭成像的像面，也可以是 指在所述二維光電探測(cè)器陣列再設(shè)置二次光學(xué)成像裝置，被測(cè)二維目標(biāo)通過鏡頭和二次光 學(xué)成像裝置所成的像面。在本技術(shù)方案中，二維光電探測(cè)器陣列的測(cè)量值可以直觀地在數(shù) 據(jù)輸出設(shè)備，如在設(shè)置在外殼上的顯示單元。在上述鏡頭到觀察器之間的光路上設(shè)置濾色片。如當(dāng)觀察器為二維光電探測(cè)器 陣列時(shí)，所述的濾色片能夠使二維光電探測(cè)器陣列的相對(duì)光譜靈敏度與人眼光視效率函數(shù) V(A)或者其它規(guī)定函數(shù)相匹配，當(dāng)二維光電探測(cè)器陣列的光譜靈敏度曲線與V( λ)函數(shù) 匹配時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)圖像式亮度計(jì)的測(cè)量功能，快速方便地測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)的各點(diǎn)亮度 和亮度分布。本實(shí)用新型的二維光譜測(cè)量裝置中設(shè)置有微處理器，上述的光譜儀和掃描機(jī)構(gòu)的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路都與微處理器電連接。在裝置外殼上可設(shè)置顯示單元，顯示光譜儀以及其它 器件，如二維光電探測(cè)器陣列作為觀察器的測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型的二維光譜測(cè)量裝置中的光譜儀波長(zhǎng)測(cè)量范圍是從紫外一可見一紅 外范圍內(nèi)的任意一個(gè)波段。光譜儀中的二維多通道探測(cè)器是二維光電電荷耦合器(CCD)或 者光電二極管陣列或CMOS光電陣列。綜上所述，本實(shí)用新型的二維光譜測(cè)量裝置通過具有二維多通道探測(cè)器的光譜儀 和掃描機(jī)構(gòu)相結(jié)合，能夠方便、快速、精確地測(cè)量出被測(cè)二維目標(biāo)各點(diǎn)的光譜分布、亮度和 顏色參數(shù)等完備的光學(xué)參量；同時(shí)通過觀察器的設(shè)置，能夠使本實(shí)用新型的二維光譜測(cè)量 裝置準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，測(cè)量操作方便，重復(fù)性高。
附圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例1示意圖；附圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例2示意圖；[0022]附圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例3示意圖；附圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例4示意圖；附圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例5示意圖；附圖6為本實(shí)用新型的實(shí)施例6示意圖。附圖標(biāo)記說明1、機(jī)殼，2、鏡頭，3、觀察器，3 - 1、光學(xué)反射鏡，3 — 2、目鏡， 4、狹縫，5、色散部件，6、二維多通道探測(cè)器，7、光譜儀，8、控制平移機(jī)構(gòu)，8 - 1、電機(jī)，8 — 2、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，9、人眼，10、微處理器，11、分光器，12、上位機(jī)，13、準(zhǔn)直鏡，14、會(huì)聚鏡，15、 濾色片，20、被測(cè)二維目標(biāo)，一列光源具體實(shí)施方式如圖1到圖6為本實(shí)用新型的幾個(gè)實(shí)施例示意圖。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例包括機(jī)殼1，在機(jī)殼1上設(shè)置鏡頭2，被測(cè)二維目標(biāo)20的被 測(cè)量光束從鏡頭2進(jìn)入機(jī)殼1內(nèi)。機(jī)殼1內(nèi)設(shè)置有一個(gè)光譜儀7，光譜儀具有與水平方向成 45度夾角的狹縫4，所述狹縫4是一個(gè)中間開矩形縫的發(fā)光鏡。從鏡頭2入射的一部分光 束穿過狹縫4進(jìn)入光譜儀7內(nèi)部進(jìn)行分光測(cè)量，而另一部分光束則被反射到一個(gè)觀察器3， 所述的觀察器3是目視系統(tǒng)3，所述目視系統(tǒng)3中還具有用以改變光路的光學(xué)反射鏡3 - 1 和目鏡3 — 2，人眼9通過目視系統(tǒng)3被測(cè)二維目標(biāo)20的像。在本實(shí)施例的光譜儀內(nèi)設(shè)置 色散部件5和二維多通道探測(cè)器6，所述二維多通道探測(cè)器6為面陣CCD 6，色散部件5是 一個(gè)平場(chǎng)凹面光柵5，它接收穿過入射狹縫4的光束，將其色散并反射到面陣CCD 6上，面 陣CCD 6的各個(gè)像元接收色散光。光譜儀7的波長(zhǎng)測(cè)量范圍為可見光范圍。所述光譜儀7 被整體放置在一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)8上，所述的掃描機(jī)構(gòu)8是平移機(jī)構(gòu)8，平移機(jī)構(gòu)8與機(jī)殼1連 接。平移機(jī)構(gòu)8中具有電機(jī)8 — 1，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元8 - 2與機(jī)殼中的微處理器10電連接，同 時(shí)面陣CXD 6也與微處理器10電連接，微處理器10與上位機(jī)12電連接。在測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20時(shí)，人眼9首先通過目視系統(tǒng)3觀察和對(duì)準(zhǔn)背側(cè)二維目標(biāo) 20，并且調(diào)節(jié)鏡頭2焦距，使觀察到的被測(cè)二維目標(biāo)20的像最為清晰，此時(shí)，狹縫4位于被 測(cè)二維目標(biāo)20的像面上，形成光學(xué)成像共軛關(guān)系。狹縫4僅被測(cè)二維目標(biāo)20的部分區(qū)域 發(fā)出的光束進(jìn)入光譜儀中，如圖1所示，當(dāng)光譜儀7位于某一位置時(shí)，被測(cè)二維目標(biāo)20中僅 一列光源21發(fā)出的光束經(jīng)過鏡頭一起進(jìn)入狹縫4，進(jìn)入光譜儀7中，這束光被平場(chǎng)凹面光柵 5沿垂直色散，其中每一點(diǎn)的光都沿水平方向依光譜次序被色散開，色散光又一起被反射到 面陣CXD 6上，被面陣CXD 6的像元所接收。在面陣CXD 6上具有二維像元，其中的一維像 元坐標(biāo)(水平方向)與光的色散方向所對(duì)應(yīng)，表示波長(zhǎng)；而一維像元坐標(biāo)(豎直方向)與進(jìn)入 狹縫4的發(fā)光列中每個(gè)點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)。此時(shí)，通過光譜儀7的測(cè)量，能夠得到該列被測(cè)二 維目標(biāo)20中各點(diǎn)的光譜分布、亮度和顏色等光色參數(shù)。微處理器10通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元8 - 2控制平移機(jī)構(gòu)8帶動(dòng)整個(gè)光譜儀7在水平 面內(nèi)平移，平移中，狹縫4始終處于被測(cè)二維目標(biāo)20的像面上，并與被測(cè)二維目標(biāo)20的像 發(fā)生相對(duì)位移，使被測(cè)二維目標(biāo)20上各列的光束依次進(jìn)入光譜儀進(jìn)行分光測(cè)量得到光譜 功率分布方向運(yùn)動(dòng)，掃描并測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20的每一列發(fā)光點(diǎn)。上位機(jī)12通過軟件將 被測(cè)二維目標(biāo)20中各列的測(cè)量結(jié)果連接起來，得到被測(cè)二維目標(biāo)各點(diǎn)的光譜功率，即二維 光譜。根據(jù)二維光譜，上位機(jī)12可以進(jìn)一步計(jì)算出被測(cè)二維目標(biāo)各點(diǎn)的在測(cè)量方向上的亮度、色坐標(biāo)以及光色均勻性等詳盡的光色參數(shù)。實(shí)施例2 如圖2所示，本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，但在本實(shí)施例中，所述的觀察 器3不是目視系統(tǒng)，而是一個(gè)二維觀測(cè)CCD 3，即被狹縫反射的光束并不是進(jìn)入目視系統(tǒng)由 人眼觀察，而是如圖2所示，通過一個(gè)二次光學(xué)成像裝置3 - 2進(jìn)入一個(gè)二維觀測(cè)CXD 3，二 次光學(xué)成像裝置3 - 2將成像于狹縫4的光再次成像到二維CXD 3上。所述二維觀測(cè)CXD 3和光譜儀7的二維多通道探測(cè)器6都與機(jī)殼1內(nèi)的微處理器10電連接。同時(shí)在機(jī)殼1上 還設(shè)置有一個(gè)顯示屏13，顯示屏也與微處理器10電連接。與實(shí)施例1相似，本實(shí)施例的二維光譜測(cè)量裝置在測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20時(shí)，首先 對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦。將顯示屏切換到顯示二維觀測(cè)CCD 3測(cè)量結(jié)果的界面，對(duì)準(zhǔn)并調(diào)節(jié)鏡頭焦距， 使顯示屏中顯示出清晰的被測(cè)二維目標(biāo)20的圖像。將顯示屏切換到顯示光譜儀7測(cè)量結(jié) 果的界面，按實(shí)施例1所述方法對(duì)被測(cè)二維目標(biāo)20進(jìn)行掃描光譜測(cè)量，并通過軟件將各列 測(cè)量結(jié)果連接起來，得到被測(cè)二維目標(biāo)20各點(diǎn)的光譜分布、在測(cè)量方向的亮度、顏色等詳 盡的光學(xué)參數(shù)。實(shí)施例3 如圖3所示，本實(shí)施例包括機(jī)殼1，在機(jī)殼1上設(shè)置鏡頭2，被測(cè)二維目標(biāo)20的被 測(cè)光束從鏡頭2進(jìn)入機(jī)殼1內(nèi)。在機(jī)殼1內(nèi)鏡頭后的光路上設(shè)置一個(gè)分光器11，所述的分 光器11是部分透射部分反射的平面分光鏡11，所述平面分光鏡11的反射光被一個(gè)觀察器 3接收，所述觀察器3是二維觀測(cè)CCD 3，平面分光鏡11的透射光射向光譜儀7的豎直狹縫 4。狹縫4和二維觀測(cè)CXD 3都處于被測(cè)二維目標(biāo)20經(jīng)鏡頭成像的相面位置，成光學(xué)共軛 關(guān)系。狹縫4僅使被測(cè)二維目標(biāo)20中的一列光源所發(fā)出的光進(jìn)入光譜儀7，光譜儀7內(nèi)具 有色散元件5和二維多通道探測(cè)器6，所述色散部件5是平場(chǎng)凹面光柵5，所述的二維多通 道探測(cè)器6是面陣CCD 6。進(jìn)入狹縫4的一列被測(cè)二維目標(biāo)的光沿水平方向依光譜次序色 散開并被面陣CCD 6接收，面陣CCD 6的一維像元坐標(biāo)與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)，另一維像元坐標(biāo)與被測(cè) 列的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)。所述光譜儀7被放置在一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)8上，所述的掃描機(jī)構(gòu)8是平移機(jī)構(gòu) 8，平移機(jī)構(gòu)8使光譜儀在水平方向上平移，保持狹縫4始終位于像面上。二維觀測(cè)CCD 3、 光譜儀7中的和平移機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路8 - 2都與機(jī)殼1中的微處理器10電連接，微 處理器10與上位機(jī)12電連接，有上位機(jī)12實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的二維光譜測(cè)量裝置的控制和結(jié) 果計(jì)算。本實(shí)施例的二維光譜測(cè)量裝置的測(cè)量方法與實(shí)施例2相似，但本實(shí)施例的測(cè)量結(jié) 果是通過上位機(jī)顯示的。首先通過上位機(jī)顯示二維觀測(cè)CXD 3測(cè)量結(jié)果，對(duì)準(zhǔn)被測(cè)二維目 標(biāo)20，并調(diào)節(jié)鏡頭焦距；然后利用光譜儀7和平移機(jī)構(gòu)8測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20各列中每一 點(diǎn)的光譜分布；在上位機(jī)中，通過軟件將每次測(cè)量結(jié)果連接起來，得到被測(cè)二維目標(biāo)20上 各點(diǎn)的光譜分布、在測(cè)量方向的亮度、顏色等詳盡的光學(xué)參數(shù)。實(shí)施例4 如圖4所示，本實(shí)施例包括機(jī)殼1，被測(cè)二維目標(biāo)20的被測(cè)光束從鏡頭2進(jìn)入機(jī)殼 1內(nèi)。在機(jī)殼1內(nèi)鏡頭后的光路上設(shè)置一個(gè)分光器11，所述的分光器11是一個(gè)可移動(dòng)反光 鏡11，該可移動(dòng)反光鏡11可以被切入或切出光路。當(dāng)可移動(dòng)反光鏡11被切入光路時(shí)，來 自鏡頭2的光束被反射到一個(gè)觀察器3上，所述的觀察器3是二維觀測(cè)CCD 3 ；而當(dāng)可移動(dòng)反光鏡11被切離光路(如圖4中的虛線部分所示)時(shí)，來自鏡頭2入射到光譜儀7的狹縫4 所在平面，此時(shí)狹縫4位于和被測(cè)二維目標(biāo)20經(jīng)鏡頭成像的像面，狹縫4和二維觀測(cè)CCD 3 成光學(xué)共軛關(guān)系。狹縫4僅使被測(cè)二維目標(biāo)20中的一列光源所發(fā)出的光進(jìn)入光譜儀7，光 譜儀7內(nèi)具有色散部件5和二維多通道探測(cè)器6，能夠測(cè)量某一列被測(cè)二維目標(biāo)20中各點(diǎn) 的光譜分布和亮度等參數(shù)。所述光譜儀7被放置在一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)8上，所述的掃描機(jī)構(gòu)8 是平移機(jī)構(gòu)8，平移機(jī)構(gòu)使光譜儀在水平方向上平移，并保持狹縫4始終位于像面上。二維 觀測(cè)CXD 3、光譜儀7中的二維多通道探測(cè)器6和平移機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路8 — 2都與機(jī)殼 1中的微處理器10電連接，在機(jī)殼上設(shè)置顯示屏13，顯示屏13也與微處理器10電連接，顯 示二維觀測(cè)CCD 3測(cè)得的被測(cè)二維目標(biāo)20圖像和光譜儀測(cè)量的被測(cè)二維目標(biāo)20上各點(diǎn)的 光譜分布、在測(cè)量方向的亮度、顏色等光學(xué)參數(shù)。本實(shí)施例的二維光譜測(cè)量裝置的測(cè)量方法與實(shí)施例2相似。實(shí)施例5 如圖5所示，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相似，但在本實(shí)施例中，在機(jī)殼1內(nèi)部并 不設(shè)置平移機(jī)構(gòu)，而在機(jī)殼1外部設(shè)置掃描機(jī)構(gòu)8，所述掃描機(jī)構(gòu)8是轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)8，如圖5所 示，整個(gè)機(jī)殼1放置在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)8，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)在電機(jī)8 — 1的驅(qū)動(dòng)下繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使 鏡頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)二維目標(biāo)20的不同區(qū)域，通過這種方法來實(shí)現(xiàn)被測(cè)二維目標(biāo)20的像與光譜 儀7的狹縫4產(chǎn)生相對(duì)位移，從而掃描測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20各列中每一電的光譜分布和亮 度。此外在本實(shí)施例中的觀察器3是一個(gè)二維觀測(cè)(XD3，二維觀測(cè)CXD 3前設(shè)置有濾色片 15，使二維觀測(cè)CXD 3對(duì)入射鏡頭的光響應(yīng)的相對(duì)靈敏度與人眼視效率函數(shù)V( λ)相匹配， 即本實(shí)施例中的二維觀測(cè)CCD 3能夠提供被測(cè)二維目標(biāo)的圖像亮度。本實(shí)施例中，在機(jī)殼1 上設(shè)置顯示屏13，顯示屏13，二維觀測(cè)CXD 3以及光譜儀中的二維多通道探測(cè)器6都與機(jī) 殼1中的微處理器10電連接，可以通過微處理器10將二維觀測(cè)CXD 3和光譜儀7的測(cè)量 結(jié)果在顯示屏13上顯示出來。微處理器10與上位機(jī)12電連接，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)8的電機(jī)驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)8 - 2也與上位機(jī)電連接，通過上位機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)8的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過軟件將各列測(cè) 量結(jié)果連接起來，得到被測(cè)二維目標(biāo)20各點(diǎn)的光譜分布、在測(cè)量方向的亮度、顏色等詳盡 的光學(xué)參數(shù)。實(shí)施例6 如圖6所示，本實(shí)施例包括外殼1，被測(cè)二維目標(biāo)20的被測(cè)光束從鏡頭2進(jìn)入外殼 1內(nèi)部。在鏡頭后的光路中設(shè)置分光器11，所述的分光器11是一個(gè)半透半反鏡11，被半透 半反鏡11反射的光束入射到一個(gè)觀察器3上，所述觀察器是二維觀測(cè)CCD 3 ；被半透半反 鏡11透射的光束入射到一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)8上，本實(shí)施例所述掃描機(jī)構(gòu)8是光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡8，被光 學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡8反射到光譜儀7的狹縫4所在的平面，二維觀測(cè)CCD 3和狹縫4都位于被側(cè)二 維目標(biāo)20經(jīng)過鏡頭的像面上。本實(shí)施例中的二維觀測(cè)CXD 3前設(shè)置有濾色片15，使二維 觀測(cè)CCD 3對(duì)入射鏡頭的光響應(yīng)的相對(duì)靈敏度與人眼視效率函數(shù)V( λ)相匹配，即本實(shí)施 例中的二維觀測(cè)CCD 3能夠提供被測(cè)二維目標(biāo)的圖像亮度。本實(shí)施例中的光譜儀中具有準(zhǔn) 直鏡13、色散部件5、二維多通道探測(cè)器6，所述二維多通道探測(cè)器6是二維面陣CXD 6。在 光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡8處于某一角度時(shí)，被測(cè)二維目標(biāo)中僅有某一行光源的被測(cè)光束穿過狹縫進(jìn)入 光譜儀中，光譜儀將各點(diǎn)的光依光譜次序色散，并用二維面陣CCD 6測(cè)量色散光，二維面陣 CXD 6中，一維CXD像元坐標(biāo)對(duì)應(yīng)與波長(zhǎng)，另一維CXD像元坐標(biāo)對(duì)應(yīng)與所測(cè)該行被側(cè)二維目標(biāo)20上的各點(diǎn)，因此光譜儀一次測(cè)量能夠得到某一行被側(cè)二維目標(biāo)20中各點(diǎn)的光譜分布 和亮度，通過光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被側(cè)二維目標(biāo)20的像與狹縫4發(fā)生位移，狹縫4能夠 接受到各行的被側(cè)二維目標(biāo)20所發(fā)出的光束。 本實(shí)施例的測(cè)量方法與上述幾個(gè)實(shí)施例相似，通過二維觀測(cè)CCD 3的測(cè)量結(jié)果對(duì) 準(zhǔn)被測(cè)二維目標(biāo)20，調(diào)節(jié)焦距；光譜儀7和光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡8相結(jié)合測(cè)量被測(cè)二維目標(biāo)20各行 中每點(diǎn)的光譜分布，有上位機(jī)將這些測(cè)量結(jié)果連接起來，得到被測(cè)二維目標(biāo)20上每一點(diǎn)的 光譜分布、亮度、顏色等詳盡的光學(xué)參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種二維光譜測(cè)量裝置，包括機(jī)殼(1)，在機(jī)殼(1)上設(shè)置鏡頭(2)，被測(cè)二維目標(biāo) (20)所發(fā)出的被測(cè)光束從鏡頭(2)進(jìn)入機(jī)殼(1)，并成像于機(jī)殼(1)內(nèi)，其特征在于在機(jī) 殼⑴內(nèi)設(shè)置觀察器⑶和由狹縫(4)、色散部件(5)和二維多通道探測(cè)器(6)組成的光譜 儀(7)；從鏡頭(2)出射的光被所述的狹縫⑷或者鏡頭(2)后的光路上的分光器(11)分 成至少兩路，其中一路光束穿過狹縫(4)進(jìn)入光譜儀(7)，另一路光束進(jìn)入觀察器(3)；狹縫 ⑷位于被測(cè)二維目標(biāo)(20)的像面位置，在機(jī)殼⑴內(nèi)或者在機(jī)殼⑴上設(shè)置使狹縫⑷ 與被測(cè)二維目標(biāo)(20)像面產(chǎn)生相對(duì)位移的掃描機(jī)構(gòu)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于所述的掃描機(jī)構(gòu)(8)是與光 譜儀(7)相連的平移機(jī)構(gòu)，掃描機(jī)構(gòu)(8)驅(qū)動(dòng)光譜儀(7)使光譜儀(7)的狹縫(4)在被測(cè) 二維目標(biāo)(20)的像平面上平移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于所述的掃描機(jī)構(gòu)(8)是一個(gè) 驅(qū)動(dòng)機(jī)殼(1)整體轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)狹縫(4)與被測(cè)二維目標(biāo)(20)的像面產(chǎn)生相對(duì)位移的轉(zhuǎn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于在所述的掃描機(jī)構(gòu)(8)是一 個(gè)位于鏡頭(2)與狹縫(4)間光路上的使被測(cè)二維目標(biāo)(20)的像在狹縫(4)位置產(chǎn)生位 移的光學(xué)旋轉(zhuǎn)鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于所述的狹縫(4) 為帶縫的平面反射鏡，來自鏡頭(2)的一部分光束穿過狹縫(4)進(jìn)入光譜儀(7)內(nèi)，來自鏡 頭(2)的另一部分光束被反射到觀察器(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于在所述的鏡頭 (2)和狹縫(4)間的光路上設(shè)分光器(11)，所述的分光器(11)為部分透射部分反射的平面 分光鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于在所述的鏡頭(2)和狹縫(4)間的光路上設(shè)分光器(11)，所述的分光器(11)為通過切入或切離光路實(shí)現(xiàn) 來自鏡頭(2)的光束選擇性地進(jìn)入觀察器(3)或光譜儀(7)的平面反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于所述的觀察器(3)為光學(xué)目鏡系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于所述的觀察器 (3)為二維光電探測(cè)器陣列，且該二維光電探測(cè)器陣列位于被測(cè)二維目標(biāo)(20)的像面位置上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二維光譜測(cè)量裝置，其特征在于在所述的鏡頭(2)到觀察器 (3)之間的光路上設(shè)置濾色片(15)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種二維光譜測(cè)量裝置，包括機(jī)殼，被測(cè)二維目標(biāo)的被測(cè)量光束從鏡頭進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，并分別被機(jī)殼內(nèi)的觀察器和光譜儀接收；觀察器用來對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)和/或測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的圖像亮度信息，光譜儀由狹縫、色散部件和二維多通道探測(cè)器組成，一次測(cè)量能夠得到某一行/列中各點(diǎn)的光譜分布；在機(jī)殼內(nèi)或者在機(jī)殼上設(shè)置掃描機(jī)構(gòu)，使狹縫與被測(cè)二維目標(biāo)像面產(chǎn)生相對(duì)位移，掃描機(jī)構(gòu)和光譜儀相配合測(cè)得被測(cè)二維目標(biāo)上各點(diǎn)的光譜分布、亮度、顏色等詳盡光學(xué)參數(shù)；本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)便、快速，重復(fù)性好，測(cè)量精度高，可測(cè)量參數(shù)齊全。
文檔編號(hào)G01J3/04GK201780164SQ20102027539
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者潘建根 申請(qǐng)人:杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司