[發明專利]一種添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀

有效

• 申請號: 201310138366.0
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103245416A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 劉華;王曉朵;黨博石;盧振武;許家林
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明涉及哈達瑪變換近紅外光譜儀領域，具體涉及一種添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀。

背景技術

近紅外光譜儀作為一種有力的科學分析工具，目前已廣泛應用于農產品、石化產品、臨床診斷、環境檢測等領域。隨著研究和應用領域對光譜儀要求的提高，無接觸、快速、低成本、性能穩定可靠的微小型光譜儀逐漸成為該領域的發展趨勢。目前，數字變換式微型近紅外光譜儀主要有傅里葉變換式和哈達瑪變換式兩種。傅立葉變換光譜儀因存在可動部件，對環境要求較高，主要用于實驗室分析。基于DMD（Digital?Micro?mirror?Device，數字微鏡元件）的哈達瑪變換（Hadamard?Transform，HT）光譜儀無可動部件，運算和處理時間優于傅里葉變換光譜儀，可實現高速、高分辨率、高信噪比和極強的環境適應能力的完美結合。目前商品化的新型便攜式哈達瑪變化近紅外光譜儀通常使用狹縫作為入射光闌，用平面閃耀光柵作為分光元件。狹縫的長寬、光柵參數在很大程度上決定了光譜儀的能量利用率和分辨率。為提高系統分辨率則光能利用率較低，若提高了光能利用率則分辨率下降，而且國內現有的近紅外光譜儀存在體積大、成本高等問題，不利于光譜儀的商品化及其對微弱近紅外光譜信號的檢測，降低了該類哈達瑪變換光譜儀的性價比。

發明內容

為了解決現有技術存在的不能同時保證高能量利用率和高分辨率，無法對微弱近紅外光譜信號的檢測，以及光譜儀體積大成本高的技術問題，本發明提供了一種添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀，使基于DMD的哈達瑪變換近紅外光譜儀實現了高分辨率、小體積、低成本和高光能利用率的完美結合。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀包括光源、狹縫、第二準直透鏡、平面光柵、成像透鏡、DMD、聚焦透鏡、單點探測器、靜電驅動電路和光譜信息采集處理系統，其特征在于，該光譜儀還包括由第一準直透鏡和柱面鏡構成的集光結構，光源發出的待測光經光纖端口入射到第一準直透鏡，由第一準直透鏡準直為復色平行光后入射到柱面鏡，經柱面鏡將圓形光束變為帶狀光束后入射到狹縫，由狹縫出射的光束經過第二準直透鏡準直為復色平行光后入射到平面光柵，經平面光柵色散為光譜帶；利用靜電驅動電路調整DMD的角度，使光譜帶由成像透鏡會聚后按波長順序依次入射到DMD的不同位置，經DMD進行波長選通后由聚焦透鏡聚焦在單點探測器上，單點探測器將接收的光譜信息傳送給光譜信息采集處理系統，光譜信息采集處理系統對接收的光譜信息進行哈達瑪逆變換解碼，得到原始光譜信號的信息。

本發明的有益效果是：該光譜儀在光纖與狹縫之間添加了集光結構，大大提高了系統對待測光的能量利用率，有利于對近紅外光譜的檢測；本發明設計了合適的狹縫寬度、光柵入射角度等，使光譜儀在分辨率較高的同時，有較高的能量利用率，提高了光譜儀對微弱光譜信號的檢測能力；本發明采用單點光電二極管進行光譜探測，既降低了光譜儀成本，又減小了光譜儀體積，提高了探測靈敏度。

附圖說明

圖1為本發明添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀的結構示意圖。

圖2為本發明中的集光結構模擬圖。

圖3為本發明光譜儀的光學系統模擬圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1所示，本發明添加集光結構的哈達瑪變換近紅外光譜儀包括光源1、由第一準直透鏡2和柱面鏡3構成的集光結構、狹縫4、第二準直透鏡5、平面光柵6、成像透鏡7、DMD8、聚焦透鏡9、單點探測器10、靜電驅動電路和光譜信息采集處理系統。光源1發出的待測光經光纖端口入射到第一準直透鏡2，由第一準直透鏡2準直為復色平行光后入射到柱面鏡3，經柱面鏡3將圓形光束變為帶狀光束后入射到狹縫4，由狹縫4出射的光束經過第二準直透鏡5準直為復色平行光后入射到平面光柵6，經平面光柵6色散為光譜帶；利用靜電驅動電路調整DMD?8的角度，使光譜帶由成像透鏡7會聚后按波長順序依次入射到DMD?8的不同位置，經DMD?8進行波長選通后由聚焦透鏡9聚焦在單點探測器10上，單點探測器10將接收的光譜信息傳送給光譜信息采集處理系統，光譜信息采集處理系統對接收的光譜信息進行哈達瑪逆變換解碼，得到原始光譜信號的信息。

本發明使用單點光電二極管作為探測器對光譜進行探測，保證了光譜儀的小體積和低成本，利于光譜儀的市場推廣應用。