CN112816067A - 光侦测方法 - Google Patents

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Abstract

一种光侦测方法，由光侦测装置执行，以侦测光源根据输入电源所发出的一待测光，包含：(A)调整该输入电源；(B)侦测该待测光的一强光部分以产生一第一侦测讯号；(C)侦测该待测光的一弱光部分以产生一第二侦测讯号；(D)根据所述第一及第二侦测讯号取得并储存一光谱；(E)判断所储存的该光谱的一总光谱数量是否等于一预定值；(F)当判断为否，重新执行(A)至(E)；(G)当判断为是，将所储存的所述光谱与其各自对应的该输入电源进行回归分析并根据一拟合法取得一曲线拟合；及(H)根据该曲线拟合及一相关于另一待测光的第三侦测讯号取得一预测光谱，使本发明光侦测方法具有侦测快速且灵敏度高。

Description

光侦测方法
技术领域
本发明涉及一种光侦测方法，特别是涉及一种对于强光与弱光的侦测灵敏度皆良好、且侦测快速的光侦测方法。
背景技术
现有光侦测方法主要是通过一个阵列式光谱仪对光的强度进行侦测。然而，该光侦测方法所使用的该阵列式光谱仪测量光强的动态范围(Dynamic range)受到曝光时间、光强度的影响。该阵列式光谱仪用于侦测强光时表现良好，但因其对弱光(例如1流明)的灵敏度较低，所以在侦测弱光时，该阵列式光谱仪所侦测到的光讯号可能会埋没在噪声中，或是其所侦测到的光讯号的讯噪比(Signal-to-noise ratio，S/N)相当小，造成后续进行讯号解析时产生误差。
虽然该光侦测方法所面临的上述问题可通过增加该阵列式光谱仪的曝光时间来达到改善，但曝光时间增加会导致测量时间也跟着增加。因此，如何提升现有光侦测方法的灵敏度，使其对于弱光也有良好的侦测效果，并能缩短侦测时间，为一个重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种侦测快速且灵敏度高的光侦测方法。
本发明的光侦测方法，适用于侦测光源根据输入电源所发出的一个待测光，且由光侦测装置所执行，该光侦测装置包含阵列式光谱仪、光电探测器，及中控单元，该光侦测方法包含以下步骤：
(A)利用该中控单元调整该输入电源；
(B)利用该阵列式光谱仪侦测该待测光的一个强光部分，以产生一个第一侦测讯号；
(C)利用该光电探测器侦测该待测光的一个弱光部分，以产生一个第二侦测讯号；
(D)利用该中控单元接收所述第一及第二侦测讯号，并根据其当前所对应接收到的所述第一及第二侦测讯号进行运算整合，以取得一个相关于当前该待测光的光谱并储存该光谱；
(E)利用该中控单元判断其所储存的该光谱的一个总光谱数量是否等于一个预定值；
(F)当步骤(E)的判断结果为否时，重新执行步骤(A)至步骤(E)；
(G)当步骤(E)的判断结果为是时，该中控单元将其所储存的所述光谱与所述光谱各自对应的该输入电源进行回归分析，并根据一个拟合法取得一个曲线拟合；及
(H)利用该光侦测装置至少根据该曲线拟合及一个相关于另一个待测光的一个弱光部分的第三侦测讯号，取得一个相关于该另一个待测光的预测光谱。
本发明的光侦测方法，在步骤(D)中，该中控单元根据一个线性外插法将其当前所对应接收到的所述第一与第二侦测讯号进行运算整合，以取得该相关于当前该待测光的光谱。
本发明的光侦测方法，在步骤(G)中，该拟合法为一个多项式拟合法。
本发明的光侦测方法，步骤(G)包括以下子步骤
(G1)利用该中控单元根据每一个光谱取得对应该光谱的一个峰值、一个波长极大值，及一个半峰全宽值，及
(G2)利用该中控单元将对应每一个光谱的该峰值、该波长极大值、该半峰全宽值，及该输入电源进行回归分析，并根据该拟合法取得该曲线拟合。
本发明的光侦测方法，步骤(H)包括以下子步骤
(H1)利用该中控单元调整该输入电源，
(H2)利用该光电探测器侦测该另一个待测光的该弱光部分，以产生该第三侦测讯号，该另一个待测光为该光源根据子步骤(H1)调整后的该输入电源而发出，
(H3)利用该中控单元根据子步骤(H1)调整后的该输入电源与该曲线拟合，取得一个相关于该另一个待测光的拟合光谱，及
(H4)利用该中控单元接收该第三侦测讯号，并根据一个线性外插法将该第三侦测讯号与该拟合光谱进行外插，以取得该相关于该另一个待测光的预测光谱。
本发明的光侦测方法，在步骤(B)中，该阵列式光谱仪能侦测的光强范围大于或等于106颗光子/秒。
本发明的光侦测方法，在步骤(C)中，该光电探测器能侦测的光强范围大于或等于1颗光子/秒，且小于或等于1010颗光子/秒。
本发明的有益效果在于：本发明光侦测方法通过该阵列式光谱仪侦测该待测光的该强光部分，搭配该光电探测器对于该弱光部分的高灵敏度与快速侦测能力，使本发明光侦测方法具有侦测快速且灵敏度高。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现：
图1是一个方块图，绘示一个用来实施本发明光侦测方法的一个实施例的光侦测装置；
图2是一个流程图，说明该实施例的该光侦测方法；及
图3是一个流程图，说明图2的步骤37如何取得一个预测光谱。
具体实施方式
参阅图1，绘示了一个光侦测装置1，该光侦测装置1被用来实施本发明光侦测方法的一个实施例，以侦测一个光源2所发出的一个具有强度变化的待测光。在此实施例中，该光源2根据来自一个电源供应器20的一个输入电源而发出该待测光。该光侦测装置1包括一个光传导单元11、一个阵列式光谱仪12、一个光电探测器13，及一个中控单元14。
该光传导单元11用于将该光源2所发出的该待测光传导至该阵列式光谱仪12与该光电探测器13。在此实施例中，该光传导单元11包括一个电连接在该光源2与该阵列式光谱仪12间的第一光纤模块111，以及一个电连接在该光源2与该光电探测器13间的第二光纤模块112。该第一光纤模块111用于将该待测光的一个强光部分传输至该阵列式光谱仪12。该第二光纤模块112用于将该待测光的一个弱光部分传输至该光电探测器13。该阵列式光谱仪12电连接在该第一光纤模块111与该中控单元14间。该光电探测器13电连接在该第二光纤模块112与该中控单元14间。
进一步参阅图2与图3，在本实施例中，通过该光侦测装置1执行本发明光侦测方法可快速取得该待测光的一个光谱或另一个待测光的一个预测光谱。该光侦测装置1所执行的该光侦测方法依序包含以下步骤。
在步骤31中，利用该中控单元14调整该输入电源。
详细来说，在本实施例中，该中控单元14电连接该电源供应器20且回应于一个对应于一个所欲电流值的输入操作(图未示)而产生一个控制信号，并将该控制信号输出至该电源供应器20，以致该电源供应器20根据该控制信号将其所输出的该输入电源的一个电流值调整为该所欲电流值，但不限于此。在其他实施例中，该中控单元14可响应于一个对应于一个所欲电压值的输入操作而产生该控制信号，以将该电源供应器20所输出的该输入电源的一个电压值调整为该所欲电压值。
在步骤32中，利用该阵列式光谱仪12侦测该待测光的该强光部分，以产生一个第一侦测讯号。
在本实施例中，该阵列式光谱仪12能侦测的光强范围大于或等于106颗光子/秒，因此能用于侦测强光。该阵列式光谱仪12，例如，一感光耦合元件(Charge CoupledDevice，CCD)或一互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)感光元件，但不限于此。
在步骤33中，利用该光电探测器13侦测该待测光的该弱光部分，以产生一个第二侦测讯号。
在本实施例中，该光电探测器13的侦测灵敏度高，针对弱光具有优异、快速的侦测能力。该光电探测器13能侦测的光强范围大于或等于1颗光子/秒，且小于或等于1010颗光子/秒，因此能用于侦测弱光。该光电探测器13，例如，一光电倍增管(Photomultiplier，简称PMT)、一雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，简称APD)，或一光传感器(Photosensor)。
在步骤34中，利用该中控单元14接收所述第一及第二侦测讯号，并根据其当前所对应接收到的所述第一及第二侦测讯号进行运算整合，以取得该相关于当前该待测光的光谱并储存该光谱。
需说明的是，该中控单元14根据一个线性外插法将其当前所对应接收到的所述第一与第二侦测讯号进行运算整合，以取得该相关于当前该待测光的光谱。
在步骤35中，利用该中控单元14判断其所储存的该光谱的一个总光谱数量是否等于一个预定值(例如，该预定值为三)。若是，则进行步骤36；若否，则重新执行步骤31至步骤35，以再次调整该输入电源的该电流值，及再次取得另一个对应调整后的该输入电源的光谱并储存该另一个光谱，如此一来，该中控单元14所储存的该光谱的该总光谱数量加一，且通过反复重新执行步骤31至步骤35直到该总光谱数量等于该预定值才进行步骤36。
在步骤36中，该中控单元14将其所储存的所述光谱与所述光谱各自对应的该输入电源进行回归分析(Regression Analysis)，并根据一个拟合法取得一个曲线拟合(CurveFitting)。在本实施例中，该拟合法为一个多项式拟合法，且步骤36包括子步骤361及子步骤362。
在子步骤361中，利用该中控单元14根据每一个光谱取得对应该光谱的一个峰值(Peak Height)、一个波长极大值(Peak Wavelength)，及一个半峰全宽值(Full width athalf maximum，FWHM)。
在子步骤362中，利用该中控单元14将对应每一个光谱的该峰值、该波长极大值、该半峰全宽值，及该输入电源进行回归分析，并根据该拟合法取得该曲线拟合。
在步骤37中，利用该光侦测装置1至少根据该曲线拟合及一个相关于该另一个待测光的一个弱光部分的第三侦测讯号，取得一个相关于该另一个待测光的预测光谱。在本实施例中，步骤37包括子步骤371至子步骤374。
在子步骤371中，利用该中控单元14产生该控制信号以调整该电源供应器20所输出的该输入电源的该电流值。
在子步骤372中，利用该光电探测器13侦测该另一个待测光的该弱光部分，以产生该第三侦测讯号。需说明的是，该另一个待测光为该光源2根据子步骤371调整后的该输入电源而发出。
在子步骤373中，利用该中控单元14根据子步骤371调整后的该输入电源与该曲线拟合，取得一个相关于该另一个待测光的拟合光谱。
在子步骤374中，利用该中控单元14接收该第三侦测讯号，并根据一个线性外插法将该第三侦测讯号与该拟合光谱进行外插，以取得该相关于该另一个待测光的预测光谱。
需说明的是，本发明光侦测方法采用该阵列式光谱仪12搭配该光电探测器13，两者分别对强光与弱光有高灵敏及快速的侦测能力，且两者可侦测的范围有部分重叠。当该待测光变化到较高强度、高亮度时，由该阵列式光谱仪12负责主要的光强度侦测，相对地，当该待测光变化到较低强度、低亮度时，由该光电探测器13负责主要的光强度侦测。该阵列式光谱仪12与该光电探测器13侦测后分别输出该第一侦测讯号与该第二侦测讯号给该中控单元14，并由该中控单元14根据该线性外插法将所述第一与第二侦测讯号进行运算整合，即可得到该相关于该待测光的光谱。此外，根据子步骤371至子步骤374可知，本发明光侦测方法在取得该曲线拟合后，无须先利用该阵列式光谱仪12侦测该另一个待测光的一个强光部分，而是通过利用该中控单元14根据该线性外插法将该光电探测器13所产生的该第三侦测讯号与自该曲线拟合所得到的该拟合光谱进行外插，即可预测出该相关于该另一个待测光的预测光谱，如此，本发明光侦测方法更能有效缩短取得该预测光谱所需的侦测时间。
综上所述，本发明光侦测方法通过该阵列式光谱仪12与该光电探测器13来分别侦测该待测光的该强光部分与该弱光部分，可弥补现有光侦测方法仅采用阵列式光谱仪来检测光时，于弱光侦测时必需拉长曝光时间的问题。因此，本发明光侦测方法相较于现有光侦测方法具有侦测灵敏度较高及侦测时间较快速等特点。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (7)

1.一种光侦测方法，适用于侦测光源根据输入电源所发出的一个待测光，且由光侦测装置所执行，该光侦测装置包含阵列式光谱仪、光电探测器，及中控单元，其特征在于，该光侦测方法包含以下步骤：
(A)利用该中控单元调整该输入电源；
(B)利用该阵列式光谱仪侦测该待测光的一个强光部分，以产生一个第一侦测讯号；
(C)利用该光电探测器侦测该待测光的一个弱光部分，以产生一个第二侦测讯号；
(D)利用该中控单元接收所述第一及第二侦测讯号，并根据其当前所对应接收到的所述第一及第二侦测讯号进行运算整合，以取得一个相关于当前该待测光的光谱并储存该光谱；
(E)利用该中控单元判断其所储存的该光谱的一个总光谱数量是否等于一个预定值；
(F)当步骤(E)的判断结果为否时，重新执行步骤(A)至步骤(E)；
(G)当步骤(E)的判断结果为是时，该中控单元将其所储存的所述光谱与所述光谱各自对应的该输入电源进行回归分析，并根据一个拟合法取得一个曲线拟合；及
(H)利用该光侦测装置至少根据该曲线拟合及一个相关于另一个待测光的一个弱光部分的第三侦测讯号，取得一个相关于该另一个待测光的预测光谱。
2.根据权利要求1所述的光侦测方法，其特征在于：在步骤(D)中，该中控单元根据一个线性外插法将其当前所对应接收到的所述第一与第二侦测讯号进行运算整合，以取得该相关于当前该待测光的光谱。
3.根据权利要求1所述的光侦测方法，其特征在于：在步骤(G)中，该拟合法为一个多项式拟合法。
4.根据权利要求3所述的光侦测方法，其特征在于：步骤(G)包括以下子步骤
(G1)利用该中控单元根据每一个光谱取得对应该光谱的一个峰值、一个波长极大值，及一个半峰全宽值，及
(G2)利用该中控单元将对应每一个光谱的该峰值、该波长极大值、该半峰全宽值，及该输入电源进行回归分析，并根据该拟合法取得该曲线拟合。
5.根据权利要求1所述的光侦测方法，其特征在于：步骤(H)包括以下子步骤
(H1)利用该中控单元调整该输入电源，
(H2)利用该光电探测器侦测该另一个待测光的该弱光部分，以产生该第三侦测讯号，该另一个待测光为该光源根据子步骤(H1)调整后的该输入电源而发出，
(H3)利用该中控单元根据子步骤(H1)调整后的该输入电源与该曲线拟合，取得一个相关于该另一个待测光的拟合光谱，及
(H4)利用该中控单元接收该第三侦测讯号，并根据一个线性外插法将该第三侦测讯号与该拟合光谱进行外插，以取得该相关于该另一个待测光的预测光谱。
6.根据权利要求1所述的光侦测方法，其特征在于：在步骤(B)中，该阵列式光谱仪能侦测的光强范围大于或等于106颗光子/秒。
7.根据权利要求1所述的光侦测方法，其特征在于：在步骤(C)中，该光电探测器能侦测的光强范围大于或等于1颗光子/秒，且小于或等于1010颗光子/秒。
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