TW513560B - Spectrum measuring instrument - Google Patents

Description

513560 __案號 90115069 五、發明說明（1)

發明__之背景 發明之領域 本發明係關於一光譜測定裝置，发七α 自分光鏡之光譜光線的檢測器。”匕分光鏡和檢測來 相關技術之描述 分光 為暗 其暗 而 ， 光線 裝置 面上 ，亦 透射 了減 測光 光譜 光譜 單獨 照射 之殼 之漫 會入 光光 去此 學中，在實際測量之前 ^ L, ⑴無任何光線照射時測 。因此’從光線照射樣太 ^ 像本之貫際測量的光譜 之檢測成號可得到一淨光纟益。 檢測暗光譜只能補償一檢測器之偏離訊號。 狀態的期間，除了準備測量之光線外在光譜 内發生的不規則反射影響之下、發生在繞射 射-反射、除了檢測級之外的等級中之光線 射在一檢測兀件上，其造成一漫射光雜訊而 譜之全部訊號的強度。 多餘光線之不良影響’將此光譜測定裝置之 在 得的 減去 然 在 測定 樹表 等等 改變 為 内殼漆成黑色、在測量光線的移動軌跡周圍有一遮光槽等 等。然而，並非所有強度比在1 0~3或以下級數中的漫射光 都可用此方法移除。 同時，此檢測元件之表面通常都以透光窗保護該元件。 因此，來自檢測元件表面之規則反射光會撞擊透光窗的内 表面’而再次到達該檢測元件’因而降低該透射光光譜的 測量準確度。尤其，由於此檢測元件的表面有一周期構 造，其朝向一特定方向之繞射光變得比其餘較強。此繞射 光亦會撞擊該透光窗之内表面，而再次到達該檢測元件，

90115069.ptc 第5頁 案號 五、發明說明（2) 因而降低該透 因此，本發 夠藉由處理來 置内所產生之 本發明之另 由處理檢測訊 射所產生之多 發明之椒味 本發明第一 修正 射光的測量 明之一目的 自檢測元件 準確度。 係提供一種光譜測定裝置，其 的檢測訊號而去除該光譜測定 多餘光線的不良影響。 一目的係提供一種光譜測定裝置，其能夠 生在檢測元件表面上之反射和 良影響。 號而去除發 餘光線的不 能 裝 藉 繞 有一平 在該檢 獲得一 光譜光 漫射光 光譜 入射在 減去的 號。 因此 號，而 及發生 而使得 具有寬 根據 面檢測 測表面 光譜訊 線所照 之不良 測定裝 檢測表 方法， ，根據 能移除 在檢測 到一正 光譜強 本發明 方面提供具 表面之檢測 之一部份、 號’係藉由 射部份之其 影響。 置内部產生 面成為其背 可得到排除 本發明之光 光譜測定裝 元件表面藉 確的光譜強 度範圍的樣 的第二方面 有下列特性之光譜測定裝置： 器、來自分光鏡之光譜光線照 以及一訊號處理單元，提供用 自檢測表面部份的訊號強度減 餘部份的訊號強度而排除掉類 的類似漫射光以相當均勻的方 景。因此，根據以上的配置， 類似漫射光不良影響之光譜訊 譜測定裝置，藉著處理檢測訊 置内產生之漫射光的不良影響 反射和繞射產生的多餘光線， 度訊號變為可能。本發明對測 本時特別有效。 ’檢測表面有透光窗時，光譜 具 射 以 去 似 式 以 以 因 量 光

90115069.ptc 第6頁 513560 案號 90115069

五、發明說明（3) 線以對角或傾斜的角度照射在 投射可避免檢測表面和透光窗 響。此時，可藉由訊號處理單 移除由於繞射和反射而入射在 良影響。 根據本發明的第三方面，光 以長邊矩形較佳。此由於來自 性光譜，並且由於分光鏡構造 時會形成長邊矩形。 根據本發明的第四方面，檢 線以對角或傾斜的角度照射在 8所示，位於由法線z和與沿著 角相交之Υ方位所定義之y-Ζ平 1 3 a之法線z交角之入射角定義 該傾斜入射可避免檢測表面 的不良影響。此時，可葬由吼 度的方法移除由於繞射^反射 方向性之多餘光線的不良影響 根據本發明的第五方面，用 強度之檢測表s 衣曲σ卩份可能位於 以此矩形長邊外邮彳 〇 咬σ卩任何位置的 早元經由減去却缺 太Λ就強度的方法 的不良影響。 根據本發明的第六方面 檢測表面較佳。此由於傾斜 之間發生規則反射的不良影 元經由減去訊號強度的方法 檢測表面上之多餘光線的不 瑨光線照射的檢測表面部份 分光鏡的光譜光線一般為線 上的理由，光譜光線在照射 測表面有透光窗時，光譜光 檢測表面較佳。此時，如圖 線性光譜延伸之χ方位成直 面上’與垂直於檢測表面 為角α 。 和透光窗之間發生規則反射 號處理單元經由減去訊號強 而入射在檢測表面上之具有 〇 於取得做為減去之用的訊號 矩形長邊之外。其原因為， 訊號強度，可藉由訊號處理 移除具有方向性之多餘光線 用於取得做為減去之用的訊號

第7頁 曰 修正

SJL 9〇ii5nRQ 五、發明說明（4) 強度之檢測表面部份可位於矩形長邊和寬邊之外。 1下列配合附圖詳述本發明之具體例。 叙佳具體 # Ϊ丨i k光暗測定裝置1内部配置之平面圖。此光譜測定 =一具有黑色内表面之殼11、一位於殼11内之凹 ^射柵12、和一CCD(電荷耦合元件，Charge Coupled 1 = 1 ^ /則器1 3。CCD檢測器1 3之檢測表面1 3a被透光鏡 “斤復盖同日守’殼11壁有一孔縫1 4引入受測光譜之白 色光源（爾後稱為受測光）。元件編號15為一限制入射在 CCD檢測器1 3上之光線的遮光板。 °為 號處理單元和光譜測定裝置1之類似物的功能 方塊圖來自^0檢測器1 3的檢測訊號被輸入至個人電腦 ，其類似物所組成之訊號處理單元2。此訊號處理單元2計 f排=漫射光和其類似物之不良影響的淨光譜強度。其計 二之私序和結果被儲存於一儲存單元4之内，並且即時顯 示在一顯示單元3上。 * 參考圖1 ’此叉測光穿過縫1 4照射至凹面繞射柵1 2，自 $而反射和繞射零階光、一階光、二階光或更高階光。其 安排^ ^式為，所有不同階次的光之中只有一階光可到達 CCD檢測器1 3，而其它的階次的光包括零階光、二階光或 更高階光都被遮光板丨5阻隔而被殼丨丨的内壁所吸收。然 而’事貫上並非所有其它階次的光都被吸收，並且有一部 份未被吸收之光線會撞擊該凹面繞射柵丨2，並藉由發生在 繞射概1 2表面之漫射—反射和不規則反射而如漫射光入射

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在C C D檢測器1 3之上。同樣， 發生在繞射栅1 2表面之漫射一 而入射在CCD檢測器1 3之上， 漫射光。 通過縫1 4之受測光本身藉由 反射和規則反射（但非繞射） 並且此入射光亦被視為一種 ^本發明中’入射在CCD檢測器13如同漫射光的 設为佈於CCD檢測器13之檢測表面13a的廣大區域先’、又

圖3為解釋來自凹面繞射柵12之繞射光行為的透視圖。 在凹面繞射柵12為參考平面聚焦之型式，並且形成從 ::線性光譜方式照射之光線景“象。此處，χ方位為線性 一碏之方向，而ζ’方位為朝向凹面繞射柵12之中心I。延 伸的方位。同樣，z方位為檢測表面丨3 a之法線方位，並卫 方位y為和X以及z方位垂直交叉之方位。z，方位和冗方位 成一固定角α 。 ， 圖4為一CCD檢測器1 3的前視圖，而圖5為其側剖面圖 在圖4中，此CCD檢測器13之檢測表面13&在又一乂平面上擴 展0 、 來自凹面繞射柵12的光線以ζ，方位入射在⑶])檢測器 13 其如之前所述’和檢測表面1 3 a之法線方位ζ形成角

«。因此，如圖5所示，此入射光以傾斜的角度到達檢測 表面1 3 a。一部份的入射光直接通過透光窗1 3b而到達檢測 表面1 3 a。此光線爾後稱之為直接光。一部份通過透光窗、 1 3b剩餘的光在透光窗丨3b内經過重覆反射之後才到達檢測 表面1 3 a。 到達檢測表面1 3 a之光線（包括直接光線）從檢測表面1 3 a

513560 Μ 案號 90115069 曰 修正 五、發明說明（6) 經過規則的反射、繞射、或 表面，並且再一次到達檢測面、反射’撞擊透光窗之内 有特定方向的周期構造（像幸a。由於檢測表面13a具 撞擊透光窗13b之内表面而再)’因此會產生繞射。此 為次級入射光。 冉-人到達檢測表面13a之光線稱 在圖5中’說明此次級入土 之直接光線有所區別/秋而射"yi其上能μ和來自檢測表面⑴ 於-廣泛的區域，^括;次級入射光被分佈 、 ^ 匕括直接光的接收區域，JL理由如下· (1)因為在檢測表面13a之卜；4 /、理由如下· 恭斗始μ ^® 1 之上不僅發生規則反射，而且亦 名X生k射，並且在檢測矣％ 1 q』 政丄, 牡細列表面1 3a和透光窗1 3b内表面之間亦

發生不規則反射；以及 u J “（2)如=3所示，因為來自凹面繞射柵12的一入射角光線 洛於y-z平面之固定角0之間。 因此，直接光為準確地再產生光譜之光線，並且其如漫 射光之雜訊相似適合處理此次級入射光。 在圖4中’在檢測表面丨3a之上以大寫a標示之虛線範圍 内1，接光撞擊的部份。其餘以大寫B標示的陰影部份為 測s漫射光之強度和次級入射光之區域（爾後總稱為類似 漫射光）。 ' 更明確地以數值表示，例如，每一個檢測元件（像素）的 面積為2 5微米X 2 5微米。此檢測表面1 3 a有1，〇 2 4 X 1 2 8個 像素’並且在虛線内之區域A的寬度w A為2 0個像素寬。同 樣’透光窗13b的厚度為〇·6毫米，並且透光窗13t)和檢 測表面1 3a之間的距離d2為2 · 3毫米。

5135ου _ 案號 90115f)fiQ 五、發明說明（7) 月 曰 修正 ^6為CCD檢測器13之檢測表面]3a上沿著乂方位之檢測強 :I圖之大峰代表直接光受测光譜之強度。越過檢測 :::觀察f漫射光強度“和次級入射光強度1丨。 θ二類型貫例之前視圖，其CCD檢測器1 3的檢測表面 3 ? ” ：直接f*線之光線接收區Α和類似漫射光之光線接

名+°° t /類似沒射光接收區β是由位於直接光接收區A兩 而il+二方位之β1和们部份以及位於直接光接收區A ^Β3 "σΒ4 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 1邻彳八Λ 個像素寬，而βι至以之類似漫射光接 二 =度，約為i。個像素寬。在直接光接收區Α和 寬。 負似’又射光接收部份之間的空隙WC約為1 〇個像素 之也取出在⑽檢測器13之檢測表面… 此訊號的ΐί:ΓΓΐ來自區域“DB1至B4部份之彼 其進行數位處理。—权體控制之類比至數位轉換器將 射光之ϊ 將βι至B4部份接收的類似漫 因而得到排除類似漫射光之不良影響的淨光譜 幸的Ϊ為：Ϊ:::Ϊ:具體例的詳細說明。然而，很慶 應用-多路分面繞射柵。然而，本發明可 ^ σ應用平面繞射柵和環形鏡的色爾 ίί 1 90115069.ptc 第11頁 513560 -案號 90115069__年月日 鉻,下_ 五、發明說明（8) 尼-透納（Czerny-Turner)型光譜光度計、亞伯特（Ebert) 型分光鏡和其改良型、以及利特羅（Littr〇w)型分光鏡。 和上述之處理方式相同，β丨至B 4接收部份上之類似漫射光 的訊號強度被加以平均，並且其結果被從接收區A之直接 光訊號強度中減去。然而，亦可以B丨和”接收部份上之類 似漫射光的訊號強度之平均取代，並且將其結果從接收區 A之直接光訊號強度中減去。此外，在其平均時可指定不 同的權值。或者，可將B1至“各自部份上之任何類9似^浪 光的訊號強度從接收區A上之直接光訊號強度中減去。/又、 雖然在說明本發明之較佳具體例中使用特定的條件，並 僅為說明之便，只要不偏離本發明之精神或下述專利申ς 之範圍，其可能有各種不同的變化和改良。 ％ 元件編號說明 1 光譜測定裝置 2 訊號處理單元 3 顯示單元 4 儲存單元 11 殼 12 凹面繞射柵 13 C C D檢測器 13a 檢測表面 13b 透光鏡 14 孔縫 15 遮光板

513560 _案號9Q115069_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 圖1為一光譜測定裝置1内部配置之平面圖； 圖2為一訊號處理單元和光譜測定裝置1之類似物的功能 方塊圖； 圖3為解釋來自凹面繞射柵1 2之繞射光行為的透視圖； 圖4為一 CC D檢測器1 3的前視圖； 圖5為一 CCD檢測器1 3的側剖面圖； 圖6為CCD檢測器1 3之檢測表面1 3a上沿著y方位之檢測強 度I圖； 圖7為一類型實例之前視圖，其CCD檢測器1 3的檢測表面 1 3 a被分成直接光線之光線接收區A和類似漫射光之光線接 收區B，以及 圖8為光譜光線斜照於檢測表面1 3 a所形成之入射角的說 明圖。

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Claims (1)

1. 513560

   —-案魏^〇lj^〇69 六、申請專利範圍 1. 一種光譜測定裝置，其包括分和 鏡之光譜光線的檢測器，其中： 』來自该分光 該檢測器有一平面檢測表面； 來自該分光鏡之光譜光線照射在該檢測表面之一部份 上；以及 一訊號處理單元，提供用以獲得一光譜訊號，係藉由自 該檢測表面部份的訊號強度減去該光譜光線所照射部份之 其餘部份的訊號強度而排除掉類似漫射光的不良影響。 2 ·如申請專利範圍第1項之光譜測定裝置，其中該檢測 表面有一透光窗，而使光譜光線可斜照在該檢測表面上。 3·如申請專利範圍第1項之光譜測定裝置，其中該光譜 光線照射在該檢測表面之部份為一長邊矩形。 4. 如申請專利範圍第3項之光譜測定裝置，其中該檢測 表面有一透光窗，而使光譜光線可斜照在該檢測表面上。 5. 如申請專利範圍第3或4項之光譜測定裝置，其中該使 用於獲得該檢測表面上做為減去之用的訊號強度之部份係 位於該矩形的長邊之外。 6 ·如申請專利範圍第3或4項之光譜測定裝置’其中遠使 用於獲得該檢測表面上做為減去之用的訊號強度之部份係 位於該矩形的長邊和寬邊之外。

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