TWI522607B - Image acquisition device for image spectrometer - Google Patents

Description

影像光譜儀的取像裝置

本發明是有關於一種影像光譜儀，特別是指一種用於光譜分析的影像光譜儀的取像裝置。

各種不同的物質，基於其獨特的原子構造或分子排列，會對不同的波長呈現不同的吸光能力，使每一種物質都有自己的獨特吸收光譜圖。因此，若能確定不同物件在特定光譜段(如加瑪光，X光，紫外光，可見光，紅外光，微波)下的反射或放射強度，便可推測各該物件在該光譜段的表現。

以掃描式影像光譜儀為例，主要是利用掃描的方式，擷取掃描線上各點光譜，再依據光譜影像圖中的強度，獲得影像圖中各點的光譜。惟，前述掃描式影像光譜儀會因為掃描的取像方式，有光路複雜而使成本偏高、整體重量較重、掃描時間過長、不易得到即時資訊，容易因為待測物件移動而導致分析失效等缺失。

為了改善前述缺失，本案申請人先前所申請且已獲專利之第I405957號案，主要是利用僅接收待分析區域的光進行光譜分析，使光譜分析結果更精準，及大幅縮 減測量時間。

惟，前述第I405957號案，利用分光鏡將光路區分為二條路徑，使部分的光用於成像，部分的光用於進行光譜分析，以致於光能量被分散，而在使用上仍然有提升的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠提升成像及光譜分析時的光能量，及提升空間效益的影像光譜儀的取像裝置。

於是，該影像光譜儀具有根據輸入的光進行光譜分析的一光譜分析單元，本發明的取像裝置包含：一光路、數光學元件，及至少一光纖。

該光路與一待測物光連接。

該等光學元件依循前述光路配置，使待測物經數次成像而成一觀察影像。

該光纖與該光譜分析單元光連接，且相對第一次成像的光學元件位於該光路，並具有相隔一間距的一反射斜面與一收光面，該反射斜面用於反射沿該光路行進的光線至該收光面，而輸出光線至該光譜分析單元。

本發明之功效：利用該光纖特殊的空間配置，使成像用的光與用於光譜分析的光，均來自相同的光路，而能夠提升成像及光譜分析時的光能量，及提升空間效益。

4‧‧‧光譜分析單元

41‧‧‧光纖

5‧‧‧光路

411‧‧‧反射斜面

6‧‧‧光學元件組

42‧‧‧光纖

31‧‧‧光學元件

421‧‧‧收光面

32‧‧‧光學元件

43‧‧‧光纖

321‧‧‧通道

430‧‧‧缺口

322‧‧‧通道

431‧‧‧反射斜面

33‧‧‧光學元件

432‧‧‧收光面

4‧‧‧共光單元

5‧‧‧控制單元

40‧‧‧擷取區域

6‧‧‧待測物

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明影像光譜儀的取像裝置的一第一較佳實施例的示意圖；圖2是該第一較佳實施例中數光纖配置於一光學元件的正視圖；圖3是該第一較佳實施例中該等光纖導引光轉向的示意圖；圖4是該第一較佳實施例中該等光纖呈像於一觀察影像的示意圖；及圖5是本發明影像光譜儀的取像裝置的一第二較佳實施例的示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、圖2、圖3，本發明取像裝置的一第一較佳實施例安裝在一影像光譜儀。該影像光譜儀具有根據輸入的光進行光譜分析的一光譜分析單元1。該取像裝置包含一光路2、一光學元件組3、一共光單元4，及一控制單元5。

該光路2與一待測物6光連接。

該光學元件組3具有依循前述光路2配置的數光學元件31~33，使待測物6經數次成像而成一觀察影像 700。其中，用於第一次成像的光學元件32具有分別沿垂直於光路2的一X軸方向延伸、一Y軸方向延伸的四通道321、322。

該共光單元4與該光譜分析單元1光連接，並具有沿該X軸、該Y軸穿置在該等通道321、322的四光纖41、42。該等光纖41、42二個為一組，且相隔一間距而界定出一擷取區域40，該等光纖41分別具有形成在一端且反射光線至另一光纖42的一反射斜面411。該等光纖42分別具有形成在一端且相對該光纖41而接收光線的一收光面421，使該擷取區域40的光輸出至該光譜分析單元1。

值得說明的是，由於該等光纖41、42呈十字形配置，而顯示在該觀察影像700中，且界定出該擷取區域40，因此，該等光纖41、42可作為瞄準線使用。

該控制單元5用於控制設置有該等光纖41、42的光學元件32位移，使該等光纖41、42在該觀察影像700中移動，改變擷取區域40在該觀察影像700中的相對位置。

參閱圖1、圖4，當要分析待測物6某一位置的光譜時，只需將該光學元件組3對準該待測物6，就可以在光依循光路2行進且通過該等光學元件31~33的過程中，經數次成像而成該觀察影像700。

參閱圖1、圖2，及圖4，擷取分析點時，使用者可以透過該觀察影像700清楚的看到待測物6，及顯示在觀察影像700且呈十字形配置的該等光纖41、42，此時， 只需移動該光學元件組3至該擷取區域40對準待測物6的某一分析位置，或透過該控制單元5驅動該光學元件32連動該等光纖41、42，就可以使該等光纖41、42在觀察影像700畫面不變動的情形下位移，至該擷取區域40對準待測物6的某一分析位置。

參閱圖1、圖3，在光用於成像而能夠觀看該觀察影像700的同時，該等光纖41的反射斜面411會反射依循光路2行進且相對該反射斜面411的光，使光經反射後沿X軸方向(或Y軸方向)朝另一光纖42的收光面421行進。藉此，根據全反射原理，使光於該光纖42內行進，且輸出至該光譜分析單元1，進行光譜分析。

另外，值得說明的是，該光譜分析單元1可以針對前述二條光纖42所傳送的光，設定取用的波段，例如，該光譜分析單1元只取用第一條光纖42中波段界於400~800nm的光，及取用第二條光纖42中波段界於800~2000nm的光，藉此，在待測物6的同一位置，建立不同的特徵光譜。

參閱圖5，是本發明一第二較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相同，不同處在於：

該共光單元4只使用一條光纖43。該光纖43沿垂直該光路2方向通過該光路2，並具有一缺口430，及形成在該缺口430二側且相隔一間距的一反射斜面431與一收光面432。

藉此，在光的行進過程中，該光纖43的反射斜 面431同樣會反射依循光路2行進且相對該反射斜面431的光，使光經反射後朝該收光面432行進。藉此，根據全反射原理，使光於該光纖43內行進，且輸出至該光譜分析單元1，進行光譜分析。

綜上所述，本發明之影像光譜儀的取像裝置具有下列優點及功效：

本發明能夠利用該等光纖41、42的特殊設計與空間配置，在不需要分光的情形下，使成像用的光與用於光譜分析的光，均來自相同的光路2，而光纖41斜面411的面積小，所需的光量也較少，因此，能夠提升成像及光譜分析時的光能量，及提升空間效益。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧光譜分析單元

2‧‧‧光路

3‧‧‧光學元件組

31‧‧‧光學元件

32‧‧‧光學元件

33‧‧‧光學元件

41‧‧‧光纖

42‧‧‧光纖

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧待測物

700‧‧‧觀察影像

Claims (6)

1. 一種影像光譜儀的取像裝置，該影像光譜儀具有根據輸入的光進行光譜分析的一光譜分析單元，該取像裝置包含：一光路，與一待測物光連接；數光學元件，依循前述光路配置，使待測物經數次成像而成一觀察影像；及一光纖，與該光譜分析單元光連接，且相對第一次成像的光學元件位於該光路，並具有一缺口，及相對形成在該缺口二側且相隔一間距的一反射斜面與一收光面，該反射斜面用於反射沿該光路行進的光線至該收光面，而輸出光線至該光譜分析單元。
2. 一種影像光譜儀的取像裝置，該影像光譜儀具有根據輸入的光進行光譜分析的一光譜分析單元，該取像裝置包含：一光路，與一待測物光連接；數光學元件，依循前述光路配置，使待測物經數次成像而成一觀察影像；及至少二光纖，與該光譜分析單元光連接，且相對第一次成像的光學元件沿垂直該光路的方向相隔一間距，及顯示在該觀察影像中，其中一光纖具有形成在一端的一反射斜面，另一光纖具有形成在一端且相對該反射斜面的一收光面，該反射斜面用於反射沿該光路行進的光線至該收光面，而輸出光線至該光譜分析單元。
3. 如請求項2所述的影像光譜儀的取像裝置，其中，該光纖共有四條，分別沿垂直光路的一X軸方向與一Y軸方向配置，該反射斜面與該收光面分別有二個，且分別形成在該等光纖相對的一端。
4. 如請求項2或3所述的影像光譜儀的取像裝置，其中，前述光纖設置在其中一光學元件上。
5. 如請求項4所述的影像光譜儀的取像裝置，其中，設置有前述光纖的光學元件，具有分別沿該X軸方向延伸、沿該Y軸方向延伸且供該等光纖穿置的四通道。
6. 如請求項5所述的影像光譜儀的取像裝置，更包含一控制單元，該控制單元用於控制設置有前述光纖的光學元件位移，使前述光纖在該觀察影像中移動，改變擷取區域在該觀察影像中的相對位置。