[發(fā)明專利]一種光譜二維折疊哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310687831.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN103743702A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉華;王曉朵;盧振武;黨博石
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01N21/359
• 分類號(hào): G01N21/359
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 南小平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光譜二維折疊的哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀。?

背景技術(shù)

近紅外光譜儀作為一種有力的科學(xué)分析工具，目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品、石化產(chǎn)品、臨床診斷、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。隨著研究和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)庾V儀要求的提高，無接觸、快速、低成本、性能穩(wěn)定可靠的微小型光譜儀逐漸成為該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。目前，數(shù)字變換式微型近紅外光譜儀主要有傅里葉變換式和哈達(dá)瑪變換式兩種。傅立葉變換光譜儀因存在可動(dòng)部件，對(duì)環(huán)境要求較高，主要用于實(shí)驗(yàn)室分析。基于DMD（Digital?Micro?mirror?Device，數(shù)字微鏡元件）的哈達(dá)瑪變換（Hadamard?Transform，HT）光譜儀無可動(dòng)部件，運(yùn)算和處理時(shí)間優(yōu)于傅里葉變換光譜儀，可實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率、高信噪比和極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力的完美結(jié)合。?

目前DMD技術(shù)的主要供應(yīng)商是美國德州儀器公司，其供應(yīng)的DMD的尺寸都是固定的800×600、1024×768、1280×720和1920x1080幾種，且其價(jià)格昂貴。?

現(xiàn)有的基于DMD的哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀均采用單個(gè)平面光柵分光，用單個(gè)DMD進(jìn)行光譜調(diào)制。在光柵常數(shù)和狹縫寬度一定的情況下，若提高系統(tǒng)的分辨率則會(huì)使系統(tǒng)的工作光譜范圍減小；若要提高光譜儀的工作光譜范圍，則必須以降低分辨率為代價(jià)。所以，目前市場(chǎng)上已有的多種商品化的便攜式哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀普遍存在兩個(gè)問題：（1）光譜范圍較窄、分辨率不高；（2）DMD表面接收到的光譜寬度遠(yuǎn)小于DMD的寬度，使得DMD的大部分微鏡不能被有效利用。另外，由于哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀通常用于微弱光譜信號(hào)的檢測(cè)，在光學(xué)設(shè)計(jì)過程中，要盡可能提高光學(xué)系統(tǒng)的光能利用率。?

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前DMD哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀對(duì)DMD微鏡利用不充分、光譜工作寬度和光譜分辨率難以同時(shí)提高的缺陷，我們提出了光譜二維折疊的哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀。?

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：?

一種光譜二維折疊的哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀，包括光源、準(zhǔn)直透鏡組、平面光柵、成像透鏡組、DMD、聚焦透鏡組、單點(diǎn)探測(cè)器、靜電驅(qū)動(dòng)電路和光譜信息采集處理系統(tǒng)，其特征在于，該光譜儀的平面光柵由兩個(gè)子光柵組成，兩子光柵結(jié)構(gòu)相同，但與光軸夾角不同；從光源發(fā)出的寬波段復(fù)色光由光纖端口入射到準(zhǔn)直透鏡，由準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為復(fù)色平行光入射到兩個(gè)子光柵上，經(jīng)兩個(gè)互成夾角的光柵色散為兩個(gè)相互平行的光譜帶；利用靜電驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整DMD的角度，使光譜帶由成像透鏡會(huì)聚后按波長順序依次入射到DMD的不同位置，形成兩個(gè)互相平行且兩端對(duì)齊的光譜帶；經(jīng)DMD進(jìn)行波長選通后由透鏡聚焦在單點(diǎn)探測(cè)器上，單點(diǎn)探測(cè)器將接收的光譜信息傳送給光譜信息采集處理系統(tǒng)，光譜信息采集處理系統(tǒng)對(duì)接收的光譜信息進(jìn)行哈達(dá)瑪逆變換解碼，得到原始光譜信號(hào)的信息。?

本發(fā)明的有益效果是：將傳統(tǒng)的哈達(dá)瑪變換光譜儀的單光柵用兩個(gè)互成夾角的子光柵代替，使得經(jīng)光柵分光后的光譜在DMD表面實(shí)現(xiàn)二維折疊，形成兩個(gè)波長首尾相連的光譜帶，充分利用了DMD微鏡陣列，相當(dāng)于變相提高了DMD的微鏡單元數(shù)目，可以在保持光譜儀分辨率不變的情況下增加光譜儀工作譜段，或在工作譜段不變的情況下提高光譜儀分辨率。本發(fā)明沒有使用入射狹縫，從光源發(fā)出的光經(jīng)光纖直接入射到準(zhǔn)直系統(tǒng)，可以大大提高系統(tǒng)的光能利用效率。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明光譜二維折疊哈達(dá)瑪變換近紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2為本發(fā)明中兩個(gè)子光柵模擬圖。?

圖3為本發(fā)明光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)模擬圖。?

圖4為本發(fā)明DMD表面二維折疊光譜的模擬示意圖。?

圖5為本發(fā)明800nm～1400nm的衍射效率隨入射角的變化曲線。?

圖6為本發(fā)明1400nm～2000nm的衍射效率隨入射角的變化曲線。?

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。?