紧凑型光谱仪制造技术

一种紧凑型光谱仪，包括激发光源；该激发光源被配置为产生激发光，并被布置成照射样品上的点。色散元件包括至少一个可移动部件，并将响应于激发光而从样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带。色散元件的一可移动部件使得输出光的多个不同波长带在检测器上扫描。检测器包括至少一个光传感器，其对输出光的波长带进行感测，并响应于所感测的输出光而产生输出电信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑型光谱仪
本申请涉及光学光谱仪，并且涉及与这种光学光谱仪相关的系统和方法。
技术介绍
拉曼光谱可以提供有关分子振动的信息，因此可以作为物质的特定标志。拉曼光谱法可用于样品识别和量化，可用于食品安全、环境监测、珠宝鉴定、药物检测和生产过程控制等领域。除拉曼光谱外，样品的荧光光谱也可以作为某些化学物质存在的敏感指标。荧光光谱可用于水中重金属的痕量检测、细菌检测和DNA分析以及其他应用。
技术实现思路
一些实施例涉及光谱仪装置。该装置包括激发光源，该激发光源被配置为产生激发光，该激发光具有源自单个源的至少第一波长带和不同的第二波长带。激发光源布置成用第一波长带和第二波长带同时照射样品上的点。色散元件包括至少一个可移动部件。色散元件将响应于激发光而从样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带。色散元件的至少一个可移动部件使得输出光的多个不同波长带在检测器上扫描。检测器包括至少一个光传感器，其对输出光的波长带进行感测，并响应于所感测的输出光而产生输出电信号。根据一些实施例，光谱仪系统包括前一段中描述的部件以及电子电路。电子电路被配置为执行激发光源的一个或多个控制功率，控制至少一个可移动部件的移动以及对检测器的电输出信号进行信号处理。一些实施例涉及包括光学组件的光谱仪装置。光学组件包括激发光源、色散元件和检测器。激发光源配置成产生激发光，其中激发光源布置成照射样品上的点。色散元件包括至少一个可移动部件。色散元件配置成将响应于激发光而从样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带。色散元件的至少一个可移动部件配置成使得输出光的多个不同波长带在检测器上扫描。检测器包括至少一个光传感器，其配置成对输出光的波长带进行感测。光学组件具有用于输出光的三维(3D)几何路径，其在样品和检测器之间改变方向至少四次。一些实施例涉及一种光谱仪装置，其包括光学组件，该光学组件包括透镜、第一反射镜、第二反射镜和检测器。透镜接收响应于激发光而从样品发出的输出光。透镜沿着光学组件中输出光几何路径的第一部分聚焦输出光。第一反射镜反射从透镜接收的输出光并弯曲输出光的几何路径，产生几何路径的第二部分，其中几何路径的第一部分和第二部分在第一平面中。第二反射镜反射从第一反射镜接收的输出光，以产生输出光的几何路径的第三部分。输出光的几何路径的第三部分在不同于第一平面的第二平面中行进。检测器配置为检测由第二反射镜反射的输出光。根据一些实施例，用于紧凑型光谱仪的光学组件包括透镜、凹面准直镜、色散元件和凹面聚焦镜。透镜配置为接收从样品发出的输出光。凹面准直镜配置为将来自透镜的输出光引导到光栅。色散元件配置为将输出光的不同波长在空间上分成不同的方向。凹面聚焦镜配置为将来自光栅的输出光的一部分引导到检测器。一些实施例涉及一种光谱仪装置，其包括至少一个光源、色散元件、检测器、处理器以及包围光源、色散元件、检测器和处理器的壳体。至少一个光源配置为产生激发光，该激发光照射样品上的点。至少一个光源还配置为产生校准光。色散元件包括至少一个可移动部件。色散元件将响应于激发光和校准光而从样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带。至少一个可移动部件配置成在检测器上扫描输出光的多个不同波长带和校准光。检测器包括多个传感元件。多个感测元件中的至少一个第一元件配置为对校准光的波长带进行感测，并且响应于所感测的校准光而输出电校准信号。多个感测元件中的至少一个第二感测元件配置为对输出光进行感测，并响应于所感测的校准光而输出电输出信号。处理器配置为使用校准信号调整输出信号。在下面的详细描述中，本申请的这些和其他方面将是显而易见的。然而在任何情况下，上述
技术实现思路
都不应被解释为对所要求保护的主题进行限制，该主题仅由所附权利要求限定。附图说明图1是根据一些实施例的光谱仪系统的框图；图2是适合用作结合图1描述的系统的激发光源的光源的框图；图3是示出根据一些实施例的光谱仪装置的概念图；图4示出了根据叠加在532nm波长激光信号和1064nm波长激光信号上的一些实施例的合适激光线滤波器(LLF)的透射光谱；图5示出了适用于光谱仪装置的一些实施例的双频带陷波滤波器的透射光谱；图6A至6D示出了根据一些实施例的用于光谱仪装置的光学组件的各种视图；图7是根据一些实施例的光谱仪装置的框架的照片；图8是根据一些实施例的框架、光学组件的部分和包含在壳体中的电子电路的透视图；图9A描绘了具有球形表面曲率的反射镜；图9B描绘了具有非球面表面曲率的反射镜；图10显示了氖灯泡的光谱；图11示出了根据一些实施例的具有实时校准能力的光谱仪装置的光学部件；图12更详细地示出了图11的校准灯的校准部件和几何光路；以及图13示出了根据一些实施例的当光栅旋转时传感元件1和2的光电流随时间的变化。这些附图不一定按比例绘制。图中使用相同的数字表示相同的部件。然而，应当理解，使用数字来指代给定附图中的部件并不旨在限制另一个图中标记有相同数字的部件。具体实施方式本文公开的实施例总体上涉及光学光谱仪，包括拉曼光谱仪和荧光光谱仪，以及涉及这些光谱仪的系统和方法。图1是根据一些实施例的光谱仪系统100的框图。在各种实施例中，光谱仪系统100可以基于单个或多个波长的光。可以使用单个或多个检测器。在一些实施例中，使用多个检测器来增强波长扫描范围、灵敏度和信噪比(SNR)。例如，光谱仪系统100可包括拉曼光谱仪和/或荧光光谱仪。系统100包括光谱仪装置105，其具有由图1中的虚线包围的部件。装置105包括激发光源110，激发光源110配置为产生激发光160，其用于激发样品120。色散元件130包括至少一个可移动部件。色散元件130配置成将响应于激发光160而从样品120发出的输出光170在空间上分成多个不同的波长带。色散元件130的至少一个可移动部件在检测器140上扫描输出光的多个不同波长带180。检测器140包括至少一个光传感器，其对输出光的波长带180进行感测，并响应于输出光的波长带180而产生电检测器输出信号190。光谱仪装置105包括电子电路150。根据一些实施例，电子电路150可包括控制器，其产生至少一个控制信号151、152来控制激发光源110的功率和/或色散元件130的至少一个可移动部件的移动。根据一些实施例，电子电路150可以包括信号处理器，其处理检测器输出信号190并生成包括关于样品的信息的处理信号152。例如，信号处理器可以执行检测器130的一个或多个输出信号的模数转换。电子设备150可以包括通信电路，该通信电路被配置为将处理后的数字信号发送到诸如智能手机的辅助装置199。在各种实施方式中，来自光谱仪设备的数字信号可以通过有线或无线信道153发送到辅助装置。在一些实施例中，电子电路150可以全部或部分用硬件实现。在一些示例性实施例中，电子电路150可以以固件、在微控制器或其他设备上运行的软件、或硬件、软件和固件的任何组合来实现。由光谱仪装置105的电子电路150捕获的包括关于样品的信息的数据可以被传送到辅助装置199，辅助装置199包括被配置为分析数据和/或上传数据和/或分析结果到云或其他存储的分析器198。例如，分析器198可以将由光谱仪装置105捕获的样品光谱与一个或多个已知光谱进行比较，以识别样品中的物质。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪，包括：激发光源，被配置为产生激发光，该激发光具有源自单个源的至少第一波长带和不同的第二波长带，所述激发光源被设置为用第一波长带和第二波长带同时照射样品上的点；色散元件，包括至少一个可移动部件，所述色散元件被配置为将响应于所述激发光而从所述样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带，所述至少一个可移动部件配置成在检测器上扫描输出光的多个不同波长带；以及检测器，包括至少一个光传感器，所述至少一个光传感器被配置为对输出光的波长带进行感测，并响应于所感测的输出光而产生输出电信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.29 US 62/272,361;2016.11.01 US 62/415,938;1.一种光谱仪，包括：激发光源，被配置为产生激发光，该激发光具有源自单个源的至少第一波长带和不同的第二波长带，所述激发光源被设置为用第一波长带和第二波长带同时照射样品上的点；色散元件，包括至少一个可移动部件，所述色散元件被配置为将响应于所述激发光而从所述样品发出的输出光在空间上分成多个不同的波长带，所述至少一个可移动部件配置成在检测器上扫描输出光的多个不同波长带；以及检测器，包括至少一个光传感器，所述至少一个光传感器被配置为对输出光的波长带进行感测，并响应于所感测的输出光而产生输出电信号。2.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于该装置的光路包括三维(3D)折叠的几何光路，该三维折叠的几何光路包括位于第一平面中并包括第一弯曲部的第一部分，以及位于不同的第二平面中并包括第二弯曲部的第二部分。3.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：激发光源包括固态激光器；以及进一步包括二极管，其发射泵浦光以泵浦固态激光器，泵浦光具有第三波长带，其中激发光源被布置成使得泵浦光照射该点。4.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于色散元件包括：衍射光栅，被配置为对输出光的波长带进行衍射；以及光栅致动器，安装在衍射光栅上并配置成旋转衍射光栅，其中，当光栅致动器旋转衍射光栅时，当衍射光栅处于不同的位置角度，输出光的不同波长带落在检测器上，以及光栅致动器包括形状记忆合金SMA致动器，其配置成旋转衍射光栅。5.如权利要求4所述的光谱仪，其特征在于进一步包括磁光栅角度传感器，被配置为检测光栅的位置角度。6.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于至少一个光传感器仅包括一个光传感器。7.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于检测器包括：第一光传感器和第二光传感器；以及与第一光传感器相关联的第一带通滤波器和与第二光传感器相关联的第二带通滤波器。8.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于进一步包括电子电路，其被配置为执行激发光源的一个或多个控制功率，控制至少一个可移动部件的移动以及对检测器的电输出信号进行信号处理。9.如权利要求8所述的光谱仪，其特征在于进一步包括辅助装置，光谱仪装置包括配置成与辅助装置进行无线通信的通信电路，其中通信电路被配置为将从输出信号获得的信息传送到辅助装置；以及辅助装置被配置为处理信息以获得处理后的信息。10.一种光谱仪，包括：光学组件，包括：激发光源，配置成产生激发光，激发光源布置成照射样品上的点；色散元件，包括至少一个可移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞波，帕维尔·亚当·门茨菲尔德，
申请(专利权)人：欧克解析公司，
类型：发明
国别省市：美国,US