(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210165740.5 (22)申请日 2022.02.23 (71)申请人 河海大学 地址 210000 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 申请人 深圳中天银河科技有限公司 (72)发明人 岳江　何湘　何凎　丁奥博　 (74)专利代理 机构 南京苏创专利代理事务所 (普通合伙) 32273 专利代理师 张艳 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装 置 (57)摘要 本发明公开了一种基于静态编码的高灵敏 低成本光谱测量装置， 该装置设置为双光路结 构， 第一光路结构包括依次设置的匀光板、 目标 物镜、 静态编码 模板、 准直镜、 分束镜、 色散元件、 第一汇聚镜头和第一CCD相机， 第二光路结构包 括分束镜、 第二汇聚镜头和第二CCD相机。 本发明 针对现有基于静态编码模板的光谱仪在弱光下 探测能力受限的关键问题， 采用一个更宽的静态 编码模板来代 替， 通过编码技术增加结果数据信 噪比， 使其在弱光下有更好的探测能力， 并通过 计算未色散光原像与编码矩 阵哈达玛积的逆矩 阵， 然后利用该逆矩阵和色散后光的像乘积获取 光源光谱。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114659998 A 2022.06.24 CN 114659998 A 1.基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 包括第一光路结构和第 二光路结构， 所述第一光路结构包括依次设置的匀光板(2)、 目标物镜(3)、 静态编码模板 (4)、 准直镜(5)、 分束镜(6)、 色散元件(7)、 第一汇聚镜头(8)和第一CCD相机(9)， 所述第二 光路包括依次设置的分束镜(6)、 第二汇聚镜 头(10)和第二C CD相机(1 1)； 外部光源依次经过所述匀光板(2)和目标物镜(3)汇聚到所述静态编码模板(4)上， 所 述静态编码模板(4)设置在所述目标物镜(3)和准直镜(5)的焦点上， 通过所述静态编码模 板(4)的光经过所述准直镜(5)后变成平行光， 所述平行光入射到所述分束镜(6)上时， 一部 分光发生反射并通过所述第二汇聚镜头(10)汇聚到所述第二CCD相机(11)上， 形成未色散 的原像， 另一部 分光透过所述分束镜(6)， 垂直入射到所述色散元件(7)上， 经过所述色散元 件(7)色散后的光被所述第一会聚镜头(8)汇聚到所述第一CCD相机(9)上形成色散后光的 像。 2.根据权利要求1所述基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述 静态编码模板(4)通过透过和不透过来编码光。 3.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述静 态编码模板(4)的宽度小于所述 准直镜(5)的有效聚焦宽度。 4.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述静 态编码模板(4)的宽度方向与所述色散元件(5)的光色散方向一 致。 5.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述色 散元件(7)为 光栅或棱镜 。 6.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述目 标物镜(3)、 准 直镜(5)、 第一汇聚镜 头(8)和第二汇聚镜 头(10)为C CTV镜头或相机 镜头。 7.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述第 一CCD相机(9)和第二C CD相机(1 1)均为黑白工业数字相机 。 8.根据权利1所述的基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 其特征在于， 所述外 部光源光谱通过以下方法进行重建： 首先计算未色散光的原像和编码矩阵的哈达玛积， 然 后计算所述哈达玛积的逆矩阵， 最后用所述逆矩阵与所述色散后光的像的乘积来 获取外部 光源光谱。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114659998 A 2基于静态编码的高灵敏低成 本光谱测量装 置 技术领域 [0001]本发明属于光谱测量技术领域， 具体涉及 一种基于静态编码部件的高灵敏低成本 光谱测量装置 。 背景技术 [0002]光谱仪是一种能将 连续光谱的目标光源分割成多份狭窄谱段的分光系统， 通过对 目标光谱的分析可以测量物品含有的元素， 是对物质结构、 成分处理进 行分析的常用设备， 广泛应用于冶金、 地质、 化工、 医药和环境 等领域。 [0003]目前， 最常见的光谱系统是基于狭缝的光谱仪， 其光谱分辨率与狭缝的宽度直接 相关。 为了达到理想的高分辨率， 其狭缝宽度要足够窄， 而过窄的狭缝严重限制了进入系统 的光源能量无法获得理想的信噪比， 有时甚至根本无法探测出信号， 这就造成了光谱分辨 率与系统通 光量成了一对矛盾量， 限制了其在弱光下的应用。 [0004]中国专利CN201810484068.X公开了一种 “基于亚哈达玛矩阵的瞬态哈达玛变换光 谱仪”， 该方案利用了数字微镜(DMD)作为编码 器件， 调制进入光谱测量装置的光 强分布， 实 现哈达玛编码。 该系统采用的DMD编码器件成本较高， 需要额外的控制电路， 操作复杂不利 用低成本、 简单的测量 光谱， 限制了该装置的使用范围。 [0005]中国专利202110227301.8公开了一种高通量、 高信噪比和高灵敏的紫外光谱成像 仪， 通过机械装置来变换编码模板， 实现高通量、 高信噪比的光谱测量。 该方法可以通过哈 达玛编码来提高光谱测量的信噪比、 光通量， 但是通过机械结构来编 码速度慢， 编码精度受 限， 无法广泛应用于精度和速度高要求场合。 [0006]刘世界等在光学学报[J].2020,40(1)发表的 “电子式多 静态编码模板组合编码高 光谱成像系统 ”一文中， 阐述了了组合编码光谱测量装置， 采用了液 晶光阀作为编码器件， 实现多静态编码模板组合编码形式， 实现了高精度的编码结果。 该方法虽然可以通过编码 获得高精度的光谱测 量结果， 但是要通过多次编码测 量的时间长， 另外液 晶光阀编码器件 作为常用空间编码器， 价格昂贵且需要额外的电路控制， 不 适用于低成本的应用场合。 [0007]如何克服现有技术中灵敏度低、 成本高等方面的不足， 已成为当今光谱测量技术 广泛应用亟 待解决的关键难题之一。 [0008]因此， 需要一种基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置以解决上述问题。 发明内容 [0009]本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种基于静态编码的高灵敏低成本 光谱测量装置， 以解决上述背景技 术中提出的问题。 [0010]为实现上述目的， 本发明提供如下技 术方案： [0011]基于静态编码的高灵敏低成本光谱测量装置， 包括第一光路结构和第二光路结 构， 所述第一光路结构包括依次设置的匀光板、 目标物镜、 静态编码模板、 准直镜、 分束镜、 色散元件、 第一汇聚镜头和第一CCD相机， 所述第二光路包括依次设置的分束镜、 第二汇聚说　明　书 1/4 页 3 CN 114659998 A 3