一种多元光学元件设计方法及多元光学元件技术

本发明专利技术提供了一种多元光学元件设计方法及多元光学元件，多元光学元件设计方法包括获取待测物质的光谱数据集；将光谱数据集输入预先训练好的多元回归校正模型，得到理想回归精度和回归向量；从多个液晶可调谐滤光片中任选出两个滤光片组合，根据透过率函数及回归向量，得到实际电压值及实际回归精度；根据理想回归精度和预设的误差范围，挑选出最优的实际回归精度，并将实际电压值和滤光片组合作为最终的多元光学元件设计结果。本发明专利技术利用回归向量确定液晶电压初始值，根据实际回归精度得到最终的设计结果，快速、准确的找到对待测物质检测效果最好的滤光片组合和电压值，解决了现有的多元光学元件设计结果过程复杂、难度高的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多元光学元件设计方法及多元光学元件


[0001]本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种多元光学元件设计方法及多元光学元件。

技术介绍

[0002]为了实现待测物质的回归分析和探测，一般会将从待测物质表面反射的光入射到偏振分束器，分成的两束偏振光一束经过液晶可调谐滤光片1，另一束经过液晶可调谐滤光片2；之后两束光经过偏振分束器重新组合，并成像到面阵探测器的两个区域，两个区域图像相减提取出需要的目标信息，图像相减等效于两个可协调液晶滤光片之间透过率函数相减，即实现了多元回归计算，两个液晶可调谐滤光片构成多元光学元件，通过使用不同级数的液晶可调谐滤光片，并为其配置不同的电压，能够通过调节其透过率的方式实现不同待测物质的检测。
[0003]然而，在进行待测物质的检测时，需要使用到两组液晶可调谐滤光片，这就需要进行液晶可调谐滤光片的临时组合和组装调配，十分不方便，且在使用过程中，对两个液晶可调谐滤光片分别进行温度和电压控制也一定程度上造成了资源浪费；进一步的，液晶可调谐滤光片单级的厚度较大，常规的级数在10级以内，不易选出最合适的两个液晶可调谐滤光片进行组合，若最终构成的透过率曲线与待测物质的实际回归向量将存在明显的差异，影响最终的检测结果。
[0004]综上，现有技术中的液晶可调谐滤光片存在不易选出最佳组合、装配困难的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多元光学元件设计方法及多元光学元件，以改善现有技术中的液晶可调谐滤光片存在不易选出最佳组合、装配困难的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供了一种多元光学元件设计方法，包括：
[0007]获取待测物质的光谱数据集；
[0008]将所述光谱数据集输入预先训练好的多元回归校正模型，得到理想回归精度和回归向量；
[0009]将多个液晶可调谐滤光片两两组合，得到滤光片组合；
[0010]从中任选出两个滤光片组合，根据其对应的透过率函数及所述回归向量，处理得到实际电压值及对应的实际回归精度；
[0011]根据所述理想回归精度和预设的误差范围，挑选出最优的实际回归精度，并将其对应的实际电压值和滤光片组合作为最终的多元光学元件设计结果。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述将所述光谱数据集输入预先训练好的多元回归校正模型，得到理想回归精度和回归向量的步骤包括：
[0013]将所述光谱数据集输入所述多元回归校正模型，得到对应的预测浓度值；
[0014]根据所述待测物质预存的实际浓度值，将所述预测浓度值符合所述实际浓度值的概率作为所述理想回归精度；
[0015]将所述光谱数据集和对应的预测浓度值相除，得到所述回归向量。
[0016]在本专利技术一实施例中，所述从中任选出两个滤光片组合，根据其对应的透过率函数及所述回归向量，处理得到实际电压值及对应的实际回归精度的步骤包括：
[0017]构建损失函数：
[0018][0019]其中，θ
a
，θ
b
表示一个滤光片组合中的两个液晶可调谐滤光片的电压值；θ
c
，θ
d
表示另一个滤光片组合中的两个液晶可调谐滤光片的电压值；f表示透过率函数；表示所述回归向量，且x
i
表示光谱数据集中的第i个光谱向量，y
i
表示第i个光谱向量的预测浓度值；n表示光谱数据集中光谱向量的总数；
[0020]将所述损失函数的值最小时对应的电压值作为实际初始电压值；
[0021]根据所述实际初始电压值，计算得到下降距离：
[0022][0023]其中，α表示预设的迭代步长；分别表示两个滤光片组合中的四个液晶可调谐滤光片对应的初始电压值；分别表示四个液晶可调谐滤光片在实际初始电压值的基础上叠加t个迭代步长的电压值；其中，q，w，e，r分别表示四个液晶可调谐滤光片在预设的电压变化范围内，在实际初始电压值的基础上能够叠加的迭代步长的最大数值；
[0024]判断D是否小于预设的距离阈值；
[0025]若是，则(θ
a
，θ
b
，θ
c
，θ
d
)即为所述实际电压值；
[0026]若否，则采用如下公式进行(θ
a
，θ
b
，θ
c
，θ
d
)的更新，并再次计算所述下降距离直到得到所述实际电压值：
[0027][0028]其中：(θ
a
，θ
b
，θ
c
，θ
d
)
′
为更新后的电压值；
[0029]根据所述光谱数据集和所述透过率函数，处理得到所述实际电压值对应的实际回归精度。
[0030]在本专利技术一实施例中，所述根据所述光谱数据集和所述透过率函数，处理得到所述实际电压值对应的实际回归精度的步骤包括：
[0031]根据所述透过率函数，计算四个液晶可调谐滤光片的每组所述实际电压值对应的实际透过率；
[0032]针对每个所述实际电压值：
[0033]将所述光谱数据集与对应的实际透过率相乘，得到估计浓度值；
[0034]将所述估计浓度值符合所述实际浓度值的概率作为所述实际回归精度。
[0035]在本专利技术一实施例中，所述根据所述理想回归精度和预设的误差范围，挑选出最优的实际回归精度，并将其对应的实际电压值和滤光片组合作为最终的多元光学元件设计结果的步骤包括：
[0036]计算最大的所述实际回归精度与所述理想回归精度的误差；
[0037]判断所述误差是否满足所述误差范围；
[0038]若是，则将当前的实际回归精度对应的实际电压值和滤光片组合作为最终的多元光学元件设计结果；
[0039]若否，则按照所述实际回归精度从大到小的顺序进行误差的计算，直到误差满足所述误差范围。
[0040]本专利技术还公开了一种多元光学元件，采用上述多元光学元件设计方法设计得到的实际电压值和两个滤光片组合，所述多元光学元件包括：
[0041]第一壳体；
[0042]两个第二壳体，固定在所述第一壳体的顶部，且两个所述第二壳体呈L型分布；
[0043]两个所述滤光片组合分别竖直设置于所述第二壳体内；
[0044]液晶控制电路板，水平设置于所述第一壳体内，其引线穿过所述第一壳体和所述第二壳体后与四个所述液晶可调谐滤光片相连接，用于将四个所述液晶可调谐滤光片的电压调整为实际电压值。
[0045]在本专利技术一实施例中，还包括：
[0046]温控电路板，水平设置于所述第一壳体内，与所述液晶控制电路板平行设置，用于进行所述液晶可调谐滤光片的温度控制。
[0047]在本专利技术一实施例中，所述第二壳体包括：
[0048]第一安装腔，用于安装所述滤光片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元光学元件设计方法，其特征在于，包括：获取待测物质的光谱数据集；将所述光谱数据集输入预先训练好的多元回归校正模型，得到理想回归精度和回归向量；将多个液晶可调谐滤光片两两组合，得到滤光片组合；从中任选出两个滤光片组合，根据其对应的透过率函数及所述回归向量，处理得到实际初始电压值，并根据所述初始电压值处理得到实际电压值及对应的实际回归精度；根据所述理想回归精度和预设的误差范围，挑选出最优的实际回归精度，并将其对应的实际电压值和滤光片组合作为最终的多元光学元件设计结果。2.根据权利要求1所述的多元光学元件设计方法，其特征在于，所述将所述光谱数据集输入预先训练好的多元回归校正模型，得到理想回归精度和回归向量的步骤包括：将所述光谱数据集输入所述多元回归校正模型，得到对应的预测浓度值；根据所述待测物质预存的实际浓度值，将所述预测浓度值符合所述实际浓度值的概率作为所述理想回归精度；将所述光谱数据集和对应的预测浓度值相除，得到所述回归向量。3.根据权利要求2所述的多元光学元件设计方法，其特征在于，所述从中任选出两个滤光片组合，根据其对应的透过率函数及所述回归向量，处理得到实际初始电压值，并根据所述初始电压值处理得到实际电压值及对应的实际回归精度的步骤包括：构建损失函数：其中，θ
a
，θ
b
表示一个滤光片组合中的两个液晶可调谐滤光片的电压值；θ
c
，θ
d
表示另一个滤光片组合中的两个液晶可调谐滤光片的电压值；f表示透过率函数；表示所述回归向量，且x
i
表示光谱数据集中的第i个光谱向量，y
i
表示第i个光谱向量的预测浓度值；n表示光谱数据集中光谱向量的总数；将所述损失函数的值最小时对应的电压值作为实际初始电压值；根据所述实际初始电压值，计算得到下降距离：其中，α表示预设的迭代步长；分别表示两个滤光片组合中的四个液晶可调谐滤光片对应的初始电压值；分别表示四个液晶可调谐滤光片在实际初始电压值的基础上叠加t个迭代步长的电压值；其中，q，w，e，r分别表示四个液晶可调谐滤光片在预设的电压变化范围内，在实际初始电压值的基础上能够叠加的迭代步长的最大数值；判断D是否小于预设的距离阈值；若是，则(θ
a
，θ
b
，θ
c
，θ
d
)即为所述实际电压值；
若否，则采用如下公式进行(θ
a
，θ
b
，θ
c
，θ
d
)的更新，并再次计算所述下降距离直到得到所述实...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬裕，李大成，王安静，曹志成，吴军，崔方晓，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：