[发明专利]增加光谱仪视野

说明书

各方面涉及用于增加光谱仪的视场的机构。光学设备可以被配置为同时将来自样品上的不同位置(斑点)的光耦合到光谱仪，以有效地增加光谱仪的视场。光学设备可以包括合束器和至少一个反射器，该至少一个反射器用以将光束从样品上的相应斑点反射到合束器。合束器可以合并从不同斑点接收的光束，以产生可以输入到光谱仪的合并光束。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月16日在美国专利和商标局提交的临时申请No.62/874,925的优先权及其全部益处，其全部内容在此引入作为参考，就如同在下面完整地和为了所有可应用的目的所阐述的一样。

技术领域

下面讨论的技术一般涉及包括漫反射和透射光谱的光谱学，并且尤其涉及增加光谱仪的视场的机构。

背景技术

光谱仪测量单束光谱(例如，功率谱密度(PSD))。单束光谱的强度与到达检测器的辐射的功率成比例。在一些使用情况下，可以将光导向样品，并且可以将从样品透射和/或反射的光输入到光谱仪以获得来自样品的光的光谱。例如，可以利用光谱学来表征固体、液体和气体的化学含量。光谱仪使用各种机制(例如透射或漫反射采样)来观察待测样品并与之交互。透射通常用于液体样品。在这种配置中，光穿过被测样品，然后在与样品的分子相互作用之后耦合到光谱仪中。在漫反射采样中，光入射到被测样品上，来自样品的散射光被收集并耦合到光谱仪系统中。

在这两种情况下，由光谱仪收集的光与样品的有限部分(或斑点尺寸)相互作用。由光谱仪观察到的样品部分(斑点尺寸)在本文中可称为光谱仪的视场。在涉及不均匀样品或具有大颗粒尺寸的样品的应用中，测量小的斑点尺寸可能不代表样品的光谱性质。这可以在测量结果中观察到，其中在样品上的不同位置具有大的变化。例如，在颗粒分析中，颗粒尺寸可以在5－20mm之间变化，因此，光谱仪的光学系统应该能够适应这种大的斑点尺寸。传统的光谱仪可能需要特殊的样品制备来克服这种限制。通常，这包括研磨样品和适当混合以形成均匀表面。这样的样品制备过程虽然在实验室中是可行的，但在便携式光谱仪的领域中可能不是容易的任务。

从样品收集的斑点尺寸取决于光谱仪展度，它是光谱仪输入孔径及其接收角的表示。增加耦合斑点区域的一种方法是在测量期间旋转样品以收集样品上的不同斑点。例如，可以在不同位置测量样品若干次，然后将读数一起平均。然而，这涉及使用诸如马达的移动部件来旋转样品板。此外，可以通过分别测量样品上的不同斑点来增加样品测量时间。

发明内容

以下呈现本公开的一个或多个方面的概述，以便提供对这些方面的基本理解。本概述不是本公开的所有预期特征的广泛综述，并且既不旨在标识本公开的所有方面的关键或重要要素，也不旨在描绘本公开的任何或所有方面的范围。其唯一目的是以作为稍后呈现的更详细描述的序言的形式呈现本公开的一个或多个方面的一些构思。

本公开的各个方面涉及用于增加光谱仪的视场的机构。在一个方面，光学设备可以被配置为同时将来自样品上的不同位置(斑点)的光耦合到光谱仪，以有效地增加光谱仪的视场。光学设备可以包括合束器和至少一个反射器，以将光束从样品上的各个斑点反射到合束器。合束器可以合并从不同斑点接收的光束以产生可输入到光谱仪的合并光束。

在一个示例中，公开了一种光学设备，其包括合束器、至少一个反射器和光谱仪。合束器被光学地耦合以接收来自样品上的第一斑点的第一光束和来自样品上的不同于第一斑点的第二斑点的第二光束。合束器还被配置成合并第一光束和第二光束以产生合并光束。该至少一个反射器被光学地耦合以将第一光束或第二光束中的至少一者从样品反射到合束器。光谱仪被光学地耦合以在其输入处接收合并光束，并被配置为基于合并光束获得样品上的扩展斑点区域的光谱。该扩展斑点区域可以包括第一斑点和第二斑点。