光谱仪制造技术

本发明专利技术提供一种光谱仪，包括：发射系统，包括：控制装置，用于产生与多个待测波段一一对应的多个波长编码数据；光源，用于发出光源光，所述光源光包括所述多个待测波段的光束，并且不同待测波段的光源光光束之间在空间上相互分离；以及调制装置，具有多个调制子区域，多个调制子区域根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应波长编码数据信息的第一检测光，所述第一检测光沿第一方向传输并照射至待测目标表面；以及接收系统，用于根据第一目标光的光强随时间变化的关系，以及所述多个波长编码数据，确定接收到的第一目标光包括的各个待测波段的光束，以及待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。

【技术实现步骤摘要】
光谱仪
本专利技术涉及光谱分析检测
，尤其涉及一种光谱仪。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。光谱仪能够将复合光分离成窄光谱，通过测量目标光(如物体的自发光或者反射光)的光谱特性，确定被测物体的成分等信息。根据光谱仪所采用的分解光谱的原理，可以将其分成两大类：基于空间色散的经典光谱仪和基于调制原理的调制光谱仪。经典光谱仪包括例如棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪、干涉光谱仪等；调制光谱仪包括例如傅里叶变换光谱仪、阿达玛变换光谱仪、栅栏调制光谱仪等。目前，光谱仪被广泛应用于生物化学、食品卫生、环境检测和空间探测等领域。近年来，随着生活水平的提高，人们对食品安全愈发重视，光谱仪能够实现对水果蔬菜表面残留农药的检测，从便携的角度考虑，需要光谱仪的体积尽可能小。然而，体积减小的同时往往难以顾及检测精度，因此，一种尺寸小、检测精度高的便携式光谱仪亟需研究。
技术实现思路
本专利技术提供一种光谱仪，包括：发射系统，包括：发射系统，包括：控制装置，用于产生与多个待测波段一一对应的多个波长编码数据；光源，用于发出光源光，光源光包括多个待测波段的光束，并且不同待测波段的光源光光束之间在空间上相互分离；以及调制装置，包括包含多个微反射镜的微镜阵列，具有多个调制子区域，每个调制子区域与一待测波段以及一波长编码数据对应，多个调制子区域根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应波长编码数据信息的第一检测光，从而实现调制装置对光源光的编码，第一检测光沿第一方向传输并照射至待测目标表面；以及接收系统，用于根据待测目标出射的包括反射后的第一检测光的第一目标光的光强随时间变化的关系，以及多个波长编码数据，确定接收到的第一目标光包括的各个待测波段的光束，以及待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。在一种实施方式中，控制装置还用于产生与多个待测波段一一对应的多个校验数据；多个调制子区域还根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应校验数据信息的第二检测光，从而实现调制装置对光源光的编码，第二检测光沿第二方向传输并照射至待测目标表面；以及接收系统还根据待测目标出射的包括反射后的第二检测光的第二目标光的光强随时间变化的关系，以及多个校验数据，确定接收到的第二目标光包括的各个待测波段的光束，以及待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。在一种实施方式中，波长编码数据为二进制数据，校验数据根据对应波长编码数据的各位数据取反得到。在一种实施方式中，每个波长编码数据具有多个数据位，调制装置在每个调制子区域中设置有至少一个微反射镜，每个调制子区域中的至少部分调制单元依序根据对应波长编码数据的每个数据位的数值控制出射对应待测波段的第一检测光和第二检测光的比例。若每个调制子区域采用不同数量微反射镜，则进一步对待测波段进行光强编码，有利于提高接收系统对光束波段的识别效率以及准确度。在一种实施方式中，调制单元为具有多个稳态的微反射镜，微反射镜处于不同稳态时出射的对应待测波段的第一检测光的比例不同，并且微反射镜处于不同稳态时出射的对应待测波段的第二检测光的比例不同，每个调制子区域中的微反射镜依序根据对应波长编码数据中的每个数据位的数值处于对应稳态。在一种实施方式中，微反射镜具有第一稳态与第二稳态，微反射镜处于第一稳态时，微反射镜出射的第一检测光的比例为100％，微反射镜出射的第二检测光的比例为0％；微反射镜处于第二稳态时，微反射镜出射的第一检测光的比例为0％，微反射镜出射的第二检测光的比例为100％。在一种实施方式中，接收系统包括第一接收子系统与第二接收子系统，第一接收子系统用于接收第一目标光并根据波长编码数据对第一目标光进行解码，第二接收子系统用于接收第二目标光并根据校验数据对第二目标光进行解码。在一种实施方式中，光源光中包括N条待测波段的光束，控制装置针对每次待测目标的检测产生一时序编码数据，调制装置根据时序编码数据调制光源光的时间段为调制周期，调制周期包括N个调制时段，调制装置用于在不同调制时段中利用波长编码数据中的不同数据位中的数据调制对应待测波段的光束。在一种实施方式中，每个调制周期包括与多个待测波段一一对应多个调制时段，在每个调制周期中，调制装置在不同调制时段出射不同待测波段的调制子光束作为第一检测光出射。因此接收系统在一个时刻仅能够检测到属于一个待测波段的检测光光束对待测目标出射光强的影响，有利于提高接收系统对光束波段的识别效率以及准确度。在一种实施方式中，光源包括发光单元与色散组件，其中发光单元用于产生宽谱光，宽谱光中包括在空间上相互交叠的多个待测波段的光束，宽谱光经过色散组件后得到不同待测波段的光束在空间上相互分离的光源光。在一种实施方式中，色散组件包括第一衍射元件与第二衍射元件，宽谱光依次经过第一衍射元件与第二衍射元件后分别得到一级衍射光与二级衍射光，一级衍射光包括沿第一方向彼此在空间中间隔开的多束不同波段的光束，一级衍射光中每个波段的一束光束转换为二级衍射光中沿第二方向彼此间隔开的多个待测波段中部分待测波段的光束，第一方向与第二方向不同，二级衍射光用于作为光源光。在一种实施方式中，第一衍射元件与第二衍射元件均为透射式光栅。在一种实施方式中，第一衍射元件为反射式光栅，第二衍射元件为透射式光栅。在一种实施方式中，发射系统还包括匀光装置，调制装置出射的第一检测光或第二检测光用于经过匀光装置的匀光后照射至待测目标。均匀混合的检测光照射在待测目标上，能够提高待测目标反射后的检测光的均匀性，避免因空间分布不均匀而影响探测强度分布的随机性和不确定性。在一种实施方式中，光源包括发光体阵列，发光体阵列中的每个发光体用于发出光源光中的一个待测波段的光束。在一种实施方式中，发光体阵列包括发光二极管阵列或激光二极管阵列。在一种实施方式中，光源包括波长转换材料阵列与发光二极管或激光二极管，波长转换材料阵列包括阵列排布的由不同材料制成的多个波长转换单元，每个波长转换单元用于在发光二极管或激光二极管发出的光线的激发下产生光源光中一个待测波段的光束。在一种实施方式中，光源光为红外光。本专利技术提供光谱仪通过使用调制装置(MEMS)对光源光进行可识别编码并得到检测光，检测光照射至待测目标上，并通过接收系统对待测目标发出的目标光进行解码，从而精确确定不同波长的光束的吸收特性及/或反射特性并确定待测目标的成分，光谱仪具有检测光束波长范围精度与准确度高的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术第一实施方式提供的光谱仪的结构示意图。图2为图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪，其特征在于，包括：/n发射系统，包括：/n控制装置，用于产生与多个待测波段一一对应的多个波长编码数据；/n光源，用于发出光源光，所述光源光包括所述多个待测波段的光束，并且不同待测波段的光源光光束之间在空间上相互分离；以及/n调制装置，包括包含多个微反射镜的微镜阵列，具有多个调制子区域，每个调制子区域与一待测波段以及一波长编码数据对应，所述多个调制子区域根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应波长编码数据信息的第一检测光，从而实现所述调制装置对所述光源光的编码，所述第一检测光沿第一方向传输并照射至待测目标表面；以及/n接收系统，用于根据所述待测目标出射的包括反射后的第一检测光的第一目标光的光强随时间变化的关系，以及所述多个波长编码数据，确定接收到的第一目标光包括的各个待测波段的光束，以及待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。/n

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪，其特征在于，包括：
发射系统，包括：
控制装置，用于产生与多个待测波段一一对应的多个波长编码数据；
光源，用于发出光源光，所述光源光包括所述多个待测波段的光束，并且不同待测波段的光源光光束之间在空间上相互分离；以及
调制装置，包括包含多个微反射镜的微镜阵列，具有多个调制子区域，每个调制子区域与一待测波段以及一波长编码数据对应，所述多个调制子区域根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应波长编码数据信息的第一检测光，从而实现所述调制装置对所述光源光的编码，所述第一检测光沿第一方向传输并照射至待测目标表面；以及
接收系统，用于根据所述待测目标出射的包括反射后的第一检测光的第一目标光的光强随时间变化的关系，以及所述多个波长编码数据，确定接收到的第一目标光包括的各个待测波段的光束，以及待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。


2.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述控制装置还用于产生与多个待测波段一一对应的多个校验数据；
所述多个调制子区域还根据对应波长编码数据调制对应待测波段的光源光并得到具有对应校验数据信息的第二检测光，所述第二检测光沿第二方向传输并照射至待测目标表面；以及
所述接收系统还根据所述待测目标出射的包括反射后的第二检测光的第二目标光的光强随时间变化的关系，以及所述多个校验数据，确定接收到的第二目标光包括的各个待测波段的光束，以及所述待测目标对不同待测波段的光束的吸收特性及/或反射特性。


3.根据权利要求2所述的光谱仪，所述波长编码数据为二进制数据，所述校验数据根据对应波长编码数据的各位数据取反得到。


4.如权利要求3所述的光谱仪，其特征在于，每个波长编码数据具有多个数据位，所述调制装置在每个调制子区域中设置有至少一个微反射镜，每个调制子区域中的至少部分调制单元依序根据对应波长编码数据的每个数据位的数值控制出射对应待测波段的第一检测光和第二检测光的比例。


5.如权利要求4所述的光谱仪，其特征在于，所述调制单元为具有多个稳态的微反射镜，所述微反射镜处于不同稳态时出射的对应待测波段的第一检测光的比例不同，并且所述微反射镜处于不同稳态时出射的对应待测波段的第二检测光的比例不同，每个调制子区域中的微反射镜依序根据对应波长编码数据中的每个数据位的数值处于对应稳态。


6.如权利要求5所述的光谱仪，其特征在于，所述微反射镜具有第一稳态与第二稳态，
所述微反射镜处于所述第一稳态时，所述微反射镜出射的第一检测光的比例为100％，所述微反射镜出射的第二检测光的比例为0％；
所述微反射镜处于所述第二稳态时，所述微反射镜出射的第一检测光的比例为0％，所述微反射镜出射的第二检测光的比例为100％。


7.如权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，所述接收系统包括第一接收子系统与第二接收子系统，所述第一接收子系统用于接收所述第一目标光并根据所述波长编码数据对所述第一目标光进行解码，所述第二接收子系统用于接收所述第二目标光...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫英坚，林学春，米麟，
申请(专利权)人：深圳市中光工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44