TWI405957B - Image spectrometer - Google Patents

Description

影像光譜儀

本發明是有關於一種光學測量儀器，特別是指一種光譜儀。

光譜分析的特點包括非破壞性、具化學鑑別力、具波長變通性、靈敏度高及分析速度快等，再加上近年來由於電子、生化、醫學、光電等各領域蓬勃發展，因此使用光譜儀來分析材料的各種光物理、光化學現象的需求日遽增加。

現有的單點式光譜儀是以積分球(Integrating Sphere)收光進行光譜分析，但是，當待測物遠離積分球一段距離後，進行例如大地、天體遙測等測量時，則有無法針對待測物的局部區域進行光譜分析而只能得到整體統計結果的缺點，但是對使用者而言，往往都只對待測物的局部區域感興趣。

參閱圖1，為改善上述的單點式光譜儀無法針對待測物的局部區域進行光譜分析的缺點，改進後的掃描式光譜儀是以線形視野的方式接收該待測物900反射的光進行光譜分析而得到該待測物900在x方向上的多筆光譜資訊，再沿y方向位移而由線而面累積建立該待測物900整體的光譜資訊，之後，再點選感興趣、待分析成分的位置而得到該位置的光譜資訊，進而得知該位置的組成成分。

上述的掃描式光譜儀主要的缺點有三項：一、因使用面形偵測器，其曝光度、光路複雜而使成本偏高；二、掃描速度不同時，易造成影像失真；三、完成掃描時間過長，不易得到即時資訊，雖然可以詳盡地知道關於該待測物900任何位置的光譜資訊，但是對該待測物900往往只需要知道感興趣或待分析成分的位置之光譜資訊，而不必建立該待測物900整體的光譜資訊；並且，當成像鏡頭倍率改變或掃描範圍變化時，需要重新建立整體的光譜資訊後才可得知更精確的光譜分析，因此，使用上述的掃描式光譜儀進行光譜分析常常要耗費大量的時間等待整體的掃描分析。

因此，上述的光譜儀可以加以改進，可僅針對需要進行分析的位置進行光譜分析，進而具備快速、低成本，且無比例失真等優點。

因此，本發明之目的，即在提供一種可精確地對待測物的指定位置進行光譜分析的影像光譜儀。

於是，本發明影像光譜儀，包含一取像單元、一收光單元、一控制單元，及一光譜分析單元。

該取像單元定義一與待測物光連接的成像光路，使待測物經多數次成像並成一觀察影像。

該收光單元包括一臨靠近該待測物於該成像光路中所成的其中一像設置的收光端，及一與該收光端光連接的連接端。

該控制單元與該收光單元連接，而經觀看該觀察影像後控制該收光端對應該像位移而對應接受該像中之一待分析區域的光。

該光譜分析單元與該連接端連接而對自該收光端傳輸入的光進行光譜分析。

本發明之功效在於：藉由取像單元在成像光路上多次成像而在觀看觀察影像後，選定待分析區域並控制收光端對應接收待測物於成像光路中所成的其中一像的待分析區域之光進行光譜分析，可立即針對待分析區域進行光譜分析而節省大量測量時間，還使得光譜分析結果更加精準。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明影像光譜儀的一較佳實施例包含一取像單元2、一收光單元3、一控制單元4，及一光譜分析單元5。

該取像單元2定義一與待測物900光連接的成像光路X，並包括多數沿該成像光路X間隔地設置的光學元件21，及一分光元件22，而使該待測物900經該等光學元件21多數次成像，最後再成一觀察影像100；在本例中，該等光學元件21分別是曲率不同的透鏡組成，並於圖式中繪示一由二透鏡組成且具有放大影像比例的成像鏡頭作為說明。

詳細地說，該成像光路X被該等光學元件21與該分光元件22分成一由待測物900至該分光元件22的第一路徑X1、一由該分光元件22至該觀察影像100的第二路徑X2，及一異於該第一、二路徑X1、X2的第三路徑X3，且該待測物900發出之光沿該第一路徑X1前進，經過該分光元件22時分別沿該第二路徑X2行進後成該觀察影像100，及於該第三路徑X3上成一圖樣相同於該觀察影像100的收光影像200，另，調整該分光元件22的分光比例可以改變調整該觀察影像100與該收光影像200的光能量。

該收光單元3包括一臨靠近該收光影像200設置的收光端31，及一與該收光端31光連接的連接端32，在本例中，該收光單元3為一光纖，較佳地，該收光端31緊貼該收光影像200設置，不但使接收的光能量夠強，還可減少系統中的雜訊影響。

該控制單元4與該收光單元3連接，經使用者觀看該觀察影像100後對該待測物900選定一待分析區域901後，控制該收光端31位移至該收光影像200中相應該待分析區域901的位置902，而使該收光端31接收該位置902的光。

該光譜分析單元5與該連接端32連接而對自該收光端31傳輸入的光進行光譜分析。

該待測物900發出的光，例如反射光源發出之光、光源穿透該待測物900之光，或自身為光源所發出之光等，經該成像光路X通過該取像單元2後分別成該觀察影像100與該收光影像200，當使用者觀看該觀察影像100後選定該待分析區域901後，該控制單元4控制該收光單元3的收光端31對應接收該收光影像200中相應該待分析區域901之位置902的光，而使該光譜分析單元5對該待測物900的相應該待分析區域901的區域進行光譜分析。

本發明影像光譜儀藉由觀看該觀察影像100選取該待測物900相應該待分析區域901的區域，並且對該收光影像200中相應該待分析區域901的位置902收光，而可僅針對所選取的該待測物900上相應該待分析區域901的區域即時進行光譜分析，與單點式光譜儀相比，改進其無法對該待測物900的局部區域進行光譜分析的問題；與掃描式光譜儀相比，因不須對整體進行掃描建立整體光譜資訊而大幅縮短得知該待測物900上相應該待分析區域901的區域之光譜資訊的時間。

需要一提的是，該觀察影像100與該收光影像200是該待測物900發出之光經該等光學元件21、該分光元件22分別形成的，二者的圖樣相同，但是該觀察影像100若經設置於該第二路徑X2上的光學元件21所構成之不同倍率之成像鏡頭後，而與該收光影像200形成有比例上的差異(放大、縮小或等比例)，較佳地，視使用者需求調整該觀察影像100的縮放比例而可便利地選取該待分析區域901，同樣地，該收光影像200可藉由經該分光元件22分光前所通過的光學元件21調整該收光影像200的縮放比例，而可更精確地接收該收光影像200中該待分析區域901之位置902的光進行光譜分析；並且，藉由該等光學元件21構成不同倍率的成像鏡頭，亦可接收一影像比例縮小之實像的對應影像進行分析。

值得一提的是，可藉由該收光端31進行掃描式地分析結果由點而線再至面累積得到如該掃描式光譜儀相同的結果。

參閱圖3，還值得一提的是，本發明影像光譜儀還可配合使用一發出能量作用在該待測物900實際對應該待分析區域901的一作用區域903的能量發出單元6，在本例中，該作用區域903為造成該待測物900結構電性異常之缺陷，較佳地，該能量發出單元6發出的能量為雷射，並且配合該取像單元2還包括另一分光元件23，而使雷射經該另一分光元件23反射後沿該成像光路X而精準地作用在該待測物900的作用區域903上。

在對該待測物900的缺陷進行光譜分析而得知該缺陷的組成成分後，發出雷射並精準地作用在該缺陷上，以氣化缺陷而修復該缺陷造成該待測物900結構電性之異常，不但可針對形成該缺陷的源頭自製程中杜絕缺陷發生，進而提升製程良率，並且，以該能量發出單元6修補該缺陷而降低生產成本。

綜上所述，本發明影像光譜儀透過觀看該觀察影像100後選擇該待測物900的待分析區域901，並對應接收經該收光影像200中的相應該待分析區域901之位置902的光進行光譜分析，因不需要對待測物900整體進行掃描測量後，方能知道感興趣、或待分析成分的位置之光譜資訊，而大幅縮減測量所耗費的時間，並且，可藉由該等光學元件21之倍率調整進而決定該收光影像200的影像比例縮放範圍，不但方便使用者選取，並且該收光單元3的收光端31可精準地接收對應該待分析區域901之位置902的光以進行光譜分析，而使得光譜分析的結果更加精準且可信度更高，故確實能達成本發明之目的。

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發明說明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。

X．．．成像光路

X1．．．第一路徑

X2．．．第二路徑

X3．．．第三路徑

100．．．觀察影像

200．．．收光影像

900．．．待測物

901．．．待分析區域

902．．．位置

903．．．作用區域

2．．．取像單元

21．．．光學元件

22．．．分光元件

23．．．分光元件

3．．．收光單元

31．．．收光端

32．．．連接端

4．．．控制單元

5．．．光譜分析單元

6．．．能量發出單元

圖1是一俯視圖，說明現有的掃描式光譜儀；

圖2是一示意圖，說明本發明影像光譜儀的一較佳實施例；及

圖3是一示意圖，說明圖2的該較佳實施例配合使用一能量發出單元。

X．．．成像光路

X1．．．第一路徑

X2．．．第二路徑

X3．．．第三路徑

100．．．觀察影像

200．．．收光影像

900．．．待測物

901．．．待分析區域

902．．．位置

2．．．取像單元

21．．．光學元件

22．．．分光元件

3．．．收光單元

31．．．收光端

32．．．連接端

4．．．控制單元

5．．．光譜分析單元

Claims (3)

1. 一種影像光譜儀，包含：一取像單元，定義一與待測物光連接的成像光路，使待測物經多數次成像並成一觀察影像，該取像單元包括多數光學元件，及一分光元件，該成像光路並被該等光學元件與該分光元件分成一由待測物至該分光元件的第一路徑、一由該分光元件至該觀察影像的第二路徑，及一異於該第一、二路徑的第三路徑，且該待測物是在該第一路徑上形成一放大實像後，經過該分光元件時分別沿該第二路徑行進後成該觀察影像，及於該第三路徑上成一圖樣大小相同於該放大實像的收光影像；一收光單元，包括一臨靠近該收光影像設置的收光端，及一與該收光端光連接的連接端；一控制單元，與該收光單元連接，而經觀看該觀察影像後控制該收光端對應該像位移而對應接受該像中之一待分析區域的光；及一光譜分析單元，與該連接端連接而對自該收光端傳輸入的光進行光譜分析。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的影像光譜儀，其中，該取像單元包括多數沿該成像光路間隔地設置的光學元件，而使該待測物經該等光學元件時形成至少一次放大實像後再成該觀察影像，並且該收光端對應該放大實像設置。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的影像光譜儀，還包含一 發出能量作用在該待測物實際對應該像中之待分析區域的一作用區域的能量發出單元。