CN1310798A - 一种光学设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种光学设备(10),用于无损伤性地检测物体(102)的特征。设备具有光源(28),用于将NIR光束射向物体(102);孔(24),用于发散通过物体的或由物体反射的NIR光束;准直透镜(30),用于使发散光束准直;衍射器(32),用于将准直光束分离成波长分量;以及聚焦透镜(36),用于将波长分量聚焦到一个由光电探测器组成的矩阵(34)上,光电探测器产生与各波长分量的能级成正比的电输出信号。可以将设备(10)制成小型,以便用来在野外检测物体。在一例子中,设备(10)具有一手枪形的外壳和一本体(16),外壳的枪塔(18)中带有一槽(12),本体具有一显示监视器(14)。本体(16)还具有一开口,PCMCIA卡形式的相关器(26)通过该开口与设备(1)相连。设备(10)一般用于检测田间植物的生理阶段,以便种植者可以确定可接受植物生长所需要的合适行为。

Description

一种光学设备

                          发明内容

本发明涉及一种用于检验物体的光学设备，尤其涉及但不局限于一种用于检验植物中碳水化合物成份的光学设备。

                          发明背景

目前，用光学方式检验诸如草莓和其它植物等物体的方法需要对物体采样，并在实验室中检验这些采样。当不能在原地或野外对物体使用检验设备时，不方便使用这些方法。这些方法还具有破坏性，因为必须将样本从物体上取起。

一般而言，现有的光学检验设备不具备足以可靠检验水果或植物成份的分辨率和灵敏度。它们也不适于检验成份的相对浓度。

这些设备具有光源和光探测器，光源将光射到物体上，而光探测器用于探测物体的反射光或散射光。探测器必须放在光源的光路之外，离开物体一些距离，以便不干扰来自光源的光。

这些现有设备中的探测器接收从物体表面反射的光、从物体内散射出的光，以及来自其它表面的反射和散射光。因此，探测器接收到的光包含高度的噪声信号。

现有设备还要求功率相对较高的光源，因为大量的来自光源的光不能到达物体的目标区。

                          发明目的

本发明的一个目的是将现有技术中的一个或多个缺点缓解或降低一定的程度。

                          发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于检验物体的光学设备。该设备包括光源，它适于将一束光射向待检物体；孔，它经安排用于接收由物体发射的、在物体内散射的或者通过物体的光；用于对光准直的装置，此装置经安排，使得通过孔将此入射的光束准直。该设备还包括用于将来自准直装置的准直光束色散成波长分量的装置；以及用于提供分别与波长分量的能级成正比的电输出信号的装置。

最好，将孔安排成，可以使光束从中发散。

最好，该设备还包括用于处理输出信号从而提供一个或多个指示信号以分别表示物体的一个或多个特征的装置。

可以安排一指示装置，用于接收一个或多个指示信号，并以适当的形式显示所述指示信号或每个所述指示信号。希望指示装置是打印机、显示监视器或其组合。

该设备具有一接口装置，计算机可以有选择地与接口装置相连，以便存储一个或多个指示信号，并且/或者进一步处理一个或多个指示信号。

一般地说，处理装置包括一数据相关器，数据相关器适于将所述指示信号或每个指示信号与物体的一个特征相关联。

数据相关器可以具有用于一类物体的一组相关数据，或者用于不同类物体的多组相关数据。

每个所述特征可以与物体的任何成份相关。所述成份例子有碳水化合物、淀粉，以及包括蔗糖、葡萄糖或果糖等的糖。特征还可以与物体的任何生理状态相关。生理状态包括植物的生长状态、成熟状态等。

希望每个所述特征是植物生长力、采摘成熟或任何其它生理状态的特征。

较方便地，使数据相关器可拆卸地与所述设备相连，致使设备可以有选择地相连这样的数据相关器，该数据相关器具有与一特定待检物体相关的一组相关数据。

较方便地，数据相关器可以是诸如PMCIA卡的印刷电路卡的形式。

最好，输出信号提供装置包括一个用于检测波长分量的探测装置。

还最好，设备包括一聚焦装置，用于将波长分量聚焦到探测装置上。

光源可以包括一个照明器，用于在物体上产生一光环。照明器包括一个具有反射内表面的中空本体，以及一个或多个灯，反射面反射来自所述一个或多个灯的至少部分光。反射面经构造，使得反射光在物体的一个区域上形成一个光环。

最好，中空本体基本是锥形或者半蛋壳形。中空本体还可以具有基本上抛物线形的截面。

较合适地，将光环安排在光探测探针的周围，光探测探针用于探测由所述物体散射的光。探测探针合适地沿中空本体的轴放置，并且光源放置成与所述轴成一角度。

有利地，照明器具有一罩盖，罩盖位于所述反射面反射的光的下游。在一种形式下，罩盖基本上呈锥台形或曲线形。

罩盖可以具有一部分反射或完全反射的内表面，用于将来自所述光源和/或来自所述本体内表面的部分光重新射到物体的所述区域上。

罩盖可以具有一后壁，用于将光射向所述环。后壁可以是弯曲形状，或者制成菲涅耳透镜。

希望将罩盖可拆卸地固定，以便容易更换。可以为特殊形状的物体构造罩盖。因此，通过为不同物体选择罩盖，可以将照明器用于不同物体。

还最好，设备包括一光传输装置，用于将物体反射的或通过物体的光束传送到孔。传输装置可以包括一根光纤，例如直径为500微米，数值孔径为11°。可以将光纤安置在一保护探针内。

可以使孔位于准直装置焦距的附近。可以具有一个或多个适当宽度的狭缝。在一个例子中，宽度为10微米。一般，一个或多个狭缝是垂直取向的。

希望准直装置相对于孔的位置可以调节，从而可以调节设备的分辨率和强度。

较合适的，准直装置是一准直透镜，并且一般是一消色差透镜。

色散装置可以包括一个或多个具有任何适合结构的棱镜。一个或多个棱镜最好是等边棱镜。

聚焦装置可以包括一个或多个聚焦透镜，用于将波长分量聚焦到探测装置上。希望将一个或多个聚焦透镜构造成，可以横跨探测装置提供光谱的线性色散。平凸透镜是聚焦透镜的例子。

探测装置最好包括多个检测元件，用于响应对波长分量的检测，提供电输出信号。

更好的是，将探测装置安排成至少由2×2(4)个检测元件组成的矩阵。一般，矩阵具有32×32(2048)或64×64(4096)个检测元件。

探测装置便利地具有一个电荷耦合器(CCD)，并且检测元件是图象元素(象素)的形式。

光源可以选自任何合适的已知源。最好，光源是近红外辐射(NIR)。

最好，设备具有一外壳装置，设备的各个部件位于其中。外壳装置可以包括基本上防光的第一外壳构件，准直装置、色散装置和电信号提供装置位于第一外壳构件内。第一外壳构件可以减少或避免来自背景辐射的干扰和来自光学表面的反射。最好，孔也位于第一外壳构件中。

最好，外壳装置是小型的，致使设备可以在野外或原地使用。一般，将外壳装置安排成，用户在使用时可以用一只手握住设备。另一种方法是，将外壳装置安排成，可以戴在用户身体的一部分上，诸如手腕上。可以将外壳装置制成手表、手枪或任何其它合适的形状。

外壳装置可以具有第二外壳构件，光源位于第二外壳构件中，第二外壳构件具有一缺口，待检物体可以插入该缺口内。有利的是，第二外壳构件可以可拆卸地与第一外壳构件相连，致使第二外壳构件可以选自多种用于检验特殊类型物体的第二外壳构件。

当设备具有光传输装置时，该传输装置最好位于第二外壳构件中。

有利地，第一外壳构件内装有指示装置。同样有利地，第一外壳装置具有与其可拆卸连接的数据相关器，致使设备可以用于不同的物体。

在一个例子中，第一外壳构件被制成类似手枪本体的形状，而第二外壳构件被制成手枪枪塔的形状。

中空本体的所述反射面可以根据包含以下步骤的方法来形成：

(a)选择反射内表面的一部分；

(b)计算所述部分的取向，该取向将把来自中空本体内光源的光线反射到与所述光线处于同一轴平面内的光环上；

(c)步进至另一部分，该部分的垂直平面与所述部分相同；并且重复步骤(b)；

(d)重复步骤(c)，直到所述部分可以连接形成一个环；以及

(e)重复步骤(a)-(d)，用于形成与所述环相邻的另一个环，直到环延伸到所需要的区域。

最好在步骤(c)，当完成半周时，步进的方向倒转。

每个环的相邻部分可以在包括所述相邻部分的各平面交界处连接，或者在交界和所述一个相邻部分之间的一半附近连接。

                      附图概述

为了更容易地理解和实施本发明，现在将参照附图进行描述，这些附图说明了本发明的非限制性实施例。附图有：

图1示出了依照本发明一实施例的光学设备，操作人员用该设备检验田间的草莓植物；

图2是本发明一实施例的手枪式光学设备；

图3是表示本发明设备中各部件的一个示意图；

图4是表示本发明设备中各部件的另一示意图；

图5示出了用本发明光学设备获得的典型光谱；

图6示出了用现有光学设备获得的典型光谱；

图7比较了用本发明光学设备获得的成熟绿木瓜样品和未成熟绿木瓜样品的光谱；

图8示出了用本发明光学设备获得的荔枝样品的光谱；

图9示出了用本发明光学设备获得的另一荔枝样品的光谱；

图10-12是曲线图，示出了关于植物中几种糖成份的校准数据；

图13是一侧视图，示出了依照本发明一实施例的手枪式光学设备；

图14是图13所示设备的后视图；

图15是一示意图，示出了依照本发明一实施例的照明器；

图16是一示意图，示出了本发明另一实施例的照明器；

图17是图16所示照明器的后视图；

图18示出了用于计算形成照明器反射面各部分的步骤；

图19示出了由本发明照明器产生的典型光环；

图20是一示意图，示出了环形光照射在水果表面上，探测器用于探测来自水果内部的散射光。

                    本发明的详细描述

首先，参照图1。该图示出了本发明的光学设备10，操作人员100用该设备检验农田104中物体102(草莓植物)的一个特性，本例的所述特性是生长状态(活力)。

本例中的设备10是手枪形的。它具有一槽12(图2显示得更清楚)，用于容纳被检草莓植物的叶子。由掌上型计算机作为例子的指示装置14与设备10相连，用于指示草莓植物102的特征光谱。

图2是光学设备10的另一实施例，本例的设备10是手枪形的。设备10的外壳由第一外壳构件16和第二外壳构件18组成，其中第一外壳构件16呈枪体形状，基本上不透光，而第二外壳构件18呈炮塔形状。第二外壳构件18与第一外壳构件16可拆卸地连接。

第二外壳构件18具有一槽12，用于容纳待检物体的一部分。在槽12的一侧，放置一光源28(参见图3和图4)，在另一侧放置光纤形式的光传输装置22。

第一外壳构件16有一狭缝24(参见图3和图4)，用于接收来自光纤22的光。第一外壳构件16还具有一个PMCIA卡形式的、可拆卸连接的数据相关器26。卡26有一存储器，用于存储一种或多种植物的相关数据。本例的指示装置14是LCD屏幕，用于显示与被检物体一个或多个特性相关的输出信号。

可拆卸卡26很容易更换，所以设备10可以用于各种不同的物体。作为举例，如果设备10将用于检验草莓植物中的糖，那么选用所含相关数据涉及草莓植物中糖的卡26，并且将卡26插入第一外壳构件16中。

图3是一示意图，示出了依照本发明一实施例的设备10。在此实施例中，设备10具有分辨率限定狭缝24，经安排用于接收来自光源28的光束，并且狭缝24位于准直透镜30之焦距的附近。光束进入狭缝24，并发散地投射到准直透镜30上，准直透镜30将光准直成一平行光束。衍射器形式的色散装置32位于准直光束的光路上。衍射器32将准直光束分离成各波长分量。本例的探测装置32是光电探测器，它位于衍射器32的下游，用于探测波长分量，并产生与波长分量中的能级成正比的电输出信号。

聚焦透镜形式的聚焦装置36位于衍射装置32和探测装置34之间，致使离散的分量波长变成探测装置34上的一个明亮的点或聚焦的点。

防光的第一外壳构件16使来自其它表面反射光的干扰最小。

然后，放大器38将来自探测装置34的电输出信号放大，并由模/数转换器40将其转换成数字形式。处理装置(微处理器)42经安排，根据合适程序中的指令以及数据相关器中的数据处理数字信号。经处理的信号显示在指示装置14(本例中，为LCD监视器)上。

计算机44也与处理装置42相连，用于下载或进一步处理信号。

图4示出了设备10的另一实施例。在该实施例中，设备10具有一光传输装置(光纤)46，用于将通过物体102的光传送到狭缝24。装置46是直径为500微米、数值孔径为11°的光纤。狭缝24是宽度为10微米的垂直平行狭缝，位于准直装置30之焦距的附近。消色差透镜用作准直装置30。

本例的色散装置32是能够提供较高分辨率的双等边棱镜。将两个平凸透镜用作聚焦装置36，以便使基本上线性色散的光谱越过探测装置34。在本例中，装置34是具有2048个象素的电荷耦合器(CCD)，其聚合物窗口的象素尺寸为14微米(高)×12微米(宽)，间距为14微米。一般用于收集光谱的积分时间在10-100ms的范围内。

校正源48与光纤46可拆卸地耦连，用于校正设备10。例如，校正源48可以是市场买得到的、以Ocean Optic HG1为商品名出售的汞-氩放电源。

本实施例中的光源28是由低波纹直流电源供电的90-100W卤钨灯泡。灯泡位于椭圆反射器的主焦点上。

待检物体102位于反射器次焦点的附近。

在一测试中，用图4示意的设备10获取汞一氩放电源的光谱。测试结果示于图5。

用市场上购买的现有分光计重复相同的测试，其结果示于图6。

比较测试结果发现，本发明设备10和现有分光计都显示了一个较宽的、有用的带宽，大约从400至1025纳米。但是，设备10在分辨率和灵敏度方面显示出更好的性能。

可以看出，设备10的灵敏度比现有设备的灵敏度高大约三倍，因为设备10用大约15ms记录光谱强度，而现有设备要用50ms记录具有相同强度的光谱。设备10的分辨率从696纳米波长处的大约4纳米(FWHM)变化到相同带宽上的大约9纳米(FWHM)。FWHM是指半最大值处的全带宽。

图4所示的设备10已用于检验各种水果的近红外(NIR)发射光谱。图7示出了未成熟和成熟绿木瓜(Canica番木瓜树)的、60毫米厚截面的近红外发射光谱。该图明确显示出光发射的峰值波长从未成熟样品的755纳米移至成熟样品的730纳米。

因此，设备10可以用来确定何时可以摘下绿木瓜，因为当在未成熟状态摘取时，水果不会变熟至可食用的状态。

图8和9示出了两种不同的荔枝水果样品的光谱。两光谱之间的差别可用来表示样品的某些特征。

图10-12图示了水果中三种糖成份的相关数据，以供设备10作出判断。倾斜的虚线和实线分别表示倾斜和偏移修正。以下的相关数据表给出了校正成份所需要的数据。

成份1的相关数据

仪表读数X		实验测量结果Y
						X的平均值	16.709	Y的平均值	17.042	B(斜率)	0.955
X的标准偏差	2.894	Y的标准偏差	3.279	A(斜率偏移)	1.079
						X的最小值	12.000	Y的最小值	12.240	偏移(无倾斜)	0.333
X的最大值	22.840	Y的最大值	23.210

均方根RMS	1.803	相关系数	0.843
				标准误差(修正偏移)	1.768	确定系数	0.711
标准误差(修正斜率和偏移)	1.885

	实验测量结果Y	仪表读数X	差值Y-X	预测值Y(e)	差值Y-Y(e)
						1=37	12.24	12.00	0.24	12.54	-0.30
2=28	15.15	14.76	0.39	15.18	-0.03
						3=44	17.76	15.70	2.06	16.08	1.68
4=41	14.68	17.50	-2.82	17.80	-3.12
						5=43	14.69	16.08	-1.39	16.44	-1.75
6=25	19.92	16.75	3.17	17.08	2.84
						7=19	17.66	17.88	-0.22	18.16	-0.50
8=24	18.07	16.87	1.20	17.20	0.87
						9=14	23.21	22.84	0.37	22.90	0.31

成份2的相关数据

仪表读数X		实验测量结果Y
						X的平均值	12.109	Y的平均值	12.109	B(斜率)	1.000
X的标准偏差	1.818	Y的标准偏差	2.424	A(斜率偏移)	-0.004
						X的最小值	10.040	Y的最小值	8.420	偏移(无倾斜)	0.000
X的最大值	14.770	Y的最大值	14.870

均方根RMS	1.603	相关系数	0.750
				标准误差(修正偏移)	1.603	确定系数	0.563
标准误差(修正斜率和偏移)	1.714

	实验测量结果Y	仪表读数X	差值Y-X	预测值Y(e)	差值Y-Y(e)
						1=37	12.33	14.77	-2.44	14.77	-2.44
2=28	8.42	10.04	-1.62	10.04	-1.62
						3=44	14.87	13.24	1.63	13.24	1.63
4=41	14.80	13.49	1.31	13.49	1.31
						5=43	14.80	14.23	0.57	14.23	0.57
6=25	11.05	11.31	-0.26	11.31	-0.26
						7=19	9.81	10.44	-0.63	10.44	-0.63
8=24	10.04	11.02	-0.98	11.02	-0.98
						9=14	12.86	10.44	2.42	10.44	2.42

成份3的相关数据

仪表读数X		实验测量结果Y
						X的平均值	14.021	Y的平均值	14.020	B(斜率)	1.000
X的标准偏差	5.535	Y的标准偏差	6.264	A(斜率偏移)	0.001
						X的最小值	4.120	Y的最小值	6.810	偏移(无倾斜)	-0.001
X的最大值	24.000	Y的最大值	23.460

均方根RMS	2.933	相关系数	0.884
				标准误差(修正偏移)	2.933	确定系数	0.781
标准误差(修正斜率和偏移)	3.135

	实验测量结果Y	仪表读数X0	差值Y-X	预测值Y(e)	差值Y-Y(e)
						1=37	6.81	4.12	2.69	4.12	2.69
2=28	15.27	13.90	1.37	13.90	1.37
						3=44	8.20	11.43	-3.23	11.43	-3.23
4=41	8.16	13.19	-5.03	13.19	-5.03
						5=43	8.17	9.90	-1.73	9.90	-1.73
6=25	20.09	16.86	3.23	16.86	3.23
						7=19	17.80	17.77	0.03	17.77	0.03
8=24	18.22	15.02	3.20	15.02	3.20
						9=14	23.46	24.00	-0.54	24.00	-0.54

用于获取相关数据的分仪计是Zelta ZX100F近红外(NIR)分析仪。

对于每种成份1至3，随机选择9种样品。每种情况都给出了与所选样品对应的样品标识。

预测值Y(e)是斜率和偏移修正后的值。

结果如下：

成份    相关性    标准误差

1        0.86       1.8

2        0.75       1.7

3        0.88       2.9

相关数据允许识别样品中的成份。

当样品中的成份吸收一些能级，而让其它能级(或者波长分量)通过时，设备10可以通过监测通过样品和没有通过样品的能级(或波长分量)，来确定各成份的浓度。

可以使用任何数学分析方法。但申请人更喜欢使用部分最小二乘(PLS)回归分析法或最小信息长度(MML)单因子和多因子分析法

先参照图13，该图示出了依照本发明另一实施例的近红外(NIR)光学设备50。本例中的设备50具有大体上呈手枪形的机壳52。在壳体52中，将光探针54大致放在照明器56的中心轴上。探针54从刚好锥台形罩盖58内延伸到刚好反射镜或透镜60之前。

由图可见，反射镜60将探针54探测到的光束偏转到衍射光栅62上。光栅62将光束基本上平行地射到一个由电荷耦合二极管(CCD)或光电二极管64组成的阵列上。

触发器66用于激励设备50，使用者用手指可以按下触发器66。

设备50的各构件固定在一框架上(未图示)，该框架由基于稳定的铝或钛的铸件或者加工过的合金制成，具有热稳定性和机械强度。框架安装在机壳52内，在本例中，机壳52由塑料制成。

图14中的剖面露出了位于探针54之采样光纤附近的参照光纤68。

参照图15，照明器56具有大致呈抛物线形的中空本体70，灯74位于孔72中。由图17可以更清楚地看到，灯74偏离中心，并且与探针54和参考光纤68隔开。本体70的形状使得其内反射面76将光环78照射到诸如草莓等物体90上。应该注意，所述物体可以是任何植物、生物样品、化学试样或矿物试样。

罩盖58具有延伸到探针54和光纤68的后壁80。

罩盖58和中空本体70可以用合适的实心塑料(例如，聚碳酸酯或聚丙酸)集成一个单元。但是，在本例中，将它们分开制作，并且罩盖可以分离，以便更换。适当地对罩盖58的内表面和本体70进行金属化，以便能够高度反射。

罩盖58的形状使得它能够将来自灯74和本体70之反射面76的的部分光偏转到环78的区域。这提高了环形照射的强度。

壁36的后表面，即NIR照射的输入表面，是菲涅耳透镜形式，用于照射到环区34内。代替菲涅耳透镜，可以使后表面弯曲，集中照明环区。

罩盖58实现了许多其它最有用的功能，包括：

ⅰ)它保护照明器56不受环境影响，以及稳健地保护探针54的金属管护套，在预期手枪式设备可能落地的场合中不受损坏。

ⅱ)至少部分地为被测物体提供一些环境光阴影。

ⅲ)当把枪推向待测样品时，它能很方便地从所需区域分离出和/或替换掉不需要的物体或其它材料。

ⅳ)允许用手头的材料(例如衬衫尾部或手帕)擦净。

ⅴ)可以制成可更换的。

ⅵ)制成可通过拧松操作进行更换的形式，以适应西瓜等更大水果的场合。在此情况下，必须小心，保证探针54和参考光纤68在设备50内合适地耦合。

图16示出了用于较大物体90的照明器56和罩盖58的一个实施例。由图可见，本例中探针54的探测端基本上与罩盖58齐平。

照明器56经安排，在探针54的周围产生一个明亮的、富含NIR的光环，光环如图19所示。区域“b”是NIR照明集中的环，而“a”是未直接照明的区域。这是以最大可能使物体90内扩散后通过探针54接收到的光最大化，如图20所示。

如图20所示，可以进入采样探针光纤54的入射环形照明78(大部分)必须从“c”表示的区域“散射”过来。这使得从探针54探测到的噪声信号最小，其中噪声信号例如是直接沿物体或水果90最近表面或其表皮中传播的光。

从图20还可以清楚地看到，光纤支持探针54类似于平头的皮下注射器针头，它不仅为光纤提供了固定的和可维持的支撑，而且起到了最有效防止环境散射光和表面散射的遮光罩的作用，不然的话，这些散射光会通过物体或水果表面的不规则形状以及“缝和隙”进入探针54。

参考探针68经设计，捕获部分照明光，并使来自物体或水果90的任何反射光最少。这种表示照明光谱特性的光通过罩盖后表面的反射来捕获。壁80的后表面在一很小的区域被镜面化，或者使其略微粗糙，以帮助其反向散射。在罩盖58实质上是一个实心的塑料件的情况下，用类似的光纤捕获装置观察照明灯的背面，可以对此参考光进行采样。

希望光纤探针54和68，特别是采样探针54，基本上与假想的“枪管”轴一致。

照明器56的反射面76经计算机设计，可以最佳地环形照明78。

环形照明78允许光在进入探针54之前在被测物体90内散射或扩散。此结构可以防止很亮的光线紧挨在探测器探针54的周围，从而避免检测在样品近的、薄的、表面区域内以极短距离传送的大部分光。在表面很浅深度甚至很小区域内的NIR光谱性能不能可靠地表示出需要测量的性能。

如图18所示，可以用光线跟踪方法制作反射面76。个别光线被认为是由照明灯74(它偏离中心)中非常小的灯丝发出的。光线以很小的旋转角位移射向照明器56的最后部分(紧挨着参考和采样光纤探针54和68所通过的孔)。利用简单的反射原理，可以计算出表面76中非常小(实质上是矩形的)部分1的角度，使得对于讨论中的光线，反射部分以相同的旋转角射向环78的中心。一个接一个地对灯发出的出射光线作步进，使光线从头到底经过大约半周的小增量，每条光线产生一个带角的，基本上呈矩形的、“平的”小片反射器，该反射器将光线射向环78中心附近的等距“点”。利用三维几何学，这些反射器小表面边挨着边连接起来。

一旦计算出一片反射器，然后程序计算该表面所需要的反射角，以便适当引导相邻光线。用该合适的角度在该点选择一新的表面2，并且就附近另一个部分3重复上述步骤，由此可以计算两个平面在其连接边缘处的交界线。

在每次完成半旋转时，两个“小平面”的反射器环应该相连，因此检证了计算结果。

当计算出反射面76的一个小平面环时，可以类似计算出另一个相邻的小平面环，使其内边与先前计算得到的反射器环的外边相遇。

并且用此方式，可以绕各环内反射面的轴逐步计算出一系列“同心的”小平面反射器“环”，并且每个环光纤探针的孔开始逐步递增地到位于枪反射面前端的最外缘。

这意味着，可以将这些小平面的分段平滑成一个连续的复杂曲面，致使每个原始小平面中心处的反射角及其位置在新的平滑表面各点上保持相同。这形成了基本的反射器形状，并且这一设计过程可以允许任意数量的灯，每个灯可以放在任意位置。

尽管以上给出的本发明的说明性例子，但对于本领域的熟练技术人员来说，许多变化和改变将是显而易见的，它们不脱离这里叙述的本发明的宽范围。

Claims (30)

1．一种用于检验物体的光学设备，其特征在于，该设备包括光源，它包含近红外辐射(NIR)，适于将一束光射向待检物体；孔，它经安排用于接收由物体反射的、在物体内散射的或者通过物体的光，并且经安排使得光束从中发散；用于对光准直的装置，此装置经安排，使得通过孔在此入射的光束准直；用于将来自准直装置的准直光束色散成波长分量的装置；以及用于提供分别与波长分量的能级成正比的电输出信号的装置。

2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于处理输出信号从而提供一个或多个指示信号，分别表示物体的一个或多个特征的装置。

3．如权利要求2所述的设备，其特征在于，指示装置经安排，用于接收一个或多个指示信号，以适当的形式显示所述指示信号或每个所述指示信号。

4．如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，设备具有一接口装置，计算机可以有选择地与接口装置相连，以便存储一个或多个指示信号，并且/或者进一步处理一个或多个指示信号。

5．如权利要求2所述的设备，其特征在于，处理装置包括一数据相关器，数据相关器适于将所述指示信号或每个指示信号与物体的一个特征相关联。

6．如权利要求5所述的设备，其特征在于，数据相关器具有用于一类物体的一组相关数据，或者用于不同类物体的多组相关数据。

7．如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个所述特征与物体的一种成份相关，所述成份包括碳水化合物、淀粉，或者蔗糖、葡萄糖或果糖等形式的糖。

8．如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个所述特征与物体的一种生理状态相关，包括植物等的生长状态或成熟状态。

9．如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个所述特征是植物生长力、采摘成熟或任何其它生理状态的特征。

10．如权利要求5所述的设备，其特征在于，数据相关器经安排用于可拆卸地与所述设备相连，致使设备可以有选择地相连这样的数据相关器，该数据相关器具有与一特定待检物体相关的一组相关数据。

11．如权利要求5所述的设备，其特征在于，数据相关器包含在包括PMCIA卡的印刷电路卡中。

12．如权利要求1所述的设备，其特征在于，输出信号提供装置包括一个用于检测波长分量的探测装置。

13．如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备包括一聚焦装置，用于将波长分量聚焦到探测装置上；和一光传输装置，用于将物体反射的或通过物体的光束传送到孔，其中传输装置包括一根光纤，其直径例如为500微米，数值孔径为11°。

14．如权利要求1所述的设备，其特征在于，孔位于准直装置焦距的附近，并具有一个或多个适当宽度的狭缝，并且准直装置相对于孔的位置可以调节，从而可以调节设备的分辨率和强度。

15．如权利要求1所述的设备，其特征在于，准直装置是准直消色差透镜，并且色散装置是一个或多个具有任何适合结构的棱镜，包括等边棱镜。

16．如权利要求13所述的设备，其特征在于，聚焦装置包括一个或多个聚焦透镜，用于将波长分量聚焦到探测装置上，一个或多个聚焦透镜经构造，使得可以横跨探测装置提供光谱的线性色散。

17．如权利要求12所述的设备，其特征在于，探测装置包括多个按矩阵排列的多个检测元件，所述矩阵至少由2×2(4)个检测元件组成，用于响应对波长分量的检测，提供电输入信号。

18．如权利要求1所述的设备，其特征在于，设备包括一外壳装置，所述外壳装置安排成小型的，致使设备可以在野外或原地使用。

19．如权利要求18所述的设备，其特征在于，外壳装置经安排，使得用户在使用时可以用一只手操作该设备，或者将设备固定在用户身体的一部分上，诸如手腕上。

20．如权利要求18或19所述的设备，其特征在于，外壳装置包括基本上防光的第一外壳构件和第二外壳构件，其中孔、准直装置、色散装置和电信号提供装置位于第一外壳构件内，第一外壳构件经安排用于减少或避免来自背景辐射的干扰和来自光学表面的反射，光源位于第二外壳构件中，第二外壳构件具有一缺口，待检物体可以插入该缺口内，第二外壳构件固定地或可拆卸地与第一外壳构件相连。

21．如权利要求1所述的设备，其特征在于，光源包括一个照明器，用于在物体上产生一光环，照明器包括一个具有反射内表面的中空本体，以及一个或多个灯，反射面反射来自所述一个或多个灯的至少一部分光，反射面经构造，使得反射光在物体的一个区域上形成一个光环。

22．如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述中空本体基本是锥形或者半蛋壳形。

23．如权利要求21所述的设备，其特征在于，光环位于光探测探针的周围，光探测探针用于探测由所述物体散射的光。

24．如权利要求23所述的设备，其特征在于，探测探针沿中空本体的轴放置，并且光源放置成与所述轴成一角度。

25．如权利要求21所述的设备，其特征在于，照明器具有一罩盖，它位于所述反射面反射的光的下游。

26．如权利要求25所述的设备，其特征在于，罩盖具有一部分反射或完全反射的内表面，用于将来自所述光源和/或来自所述本体内表面的部分光重新射到物体的所述区域上。

27．如权利要求25所述的设备，其特征在于，罩盖具有一后壁，用于将光射向所述区域。

28．如权利要求25所述的设备，其特征在于，罩盖可拆卸地固定，致使很容易更换。

29．如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述探测探针包括一根位于保护探针内的光纤。

30．如权利要求23所述的设备，其特征在于，一参考探针经安排，基本上平行于所述探测探针。

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