[發明專利]MEMS型靜態閉環光譜成像系統

在審

• 申請號: 201910666282.1
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110333193A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 蘭樹明
• 申請（專利權）人: 無錫迅杰光遠科技有限公司
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/25;G01J3/28;G01J3/06;G01J3/10
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明公開了一種MEMS型靜態閉環光譜成像系統，涉及光譜成像技術領域，該光譜成像系統將寬帶光源和MEMS微鏡陣列聯合使用，使系統輸出光的波長任意可調，系統輸出的可調光源通過光纖束耦合進行光纖束照明，與陣列探測器搭配可以實現待測樣品大面積高速成像，并且在系統靜態條件下即可實現三維光譜成像，無需外部引入復雜移動部件推掃成像；光譜校準系統的加入使得整個系統形成閉環的波長校準結構，可以時刻保障系統輸出的波長穩定性，使系統采集到的圖像信息更加準確穩定，抗環境干擾能力更強，系統中照明引入光纖束照明方式，可以將狹縫耦合的線光源轉換成面陣光源，不但可以實現大面積照射，還可以實現均勻化照射，可進一步提高成像質量。

技術領域

本發明涉及光譜成像技術領域，尤其是一種MEMS型靜態閉環光譜成像系統。

背景技術

光譜成像系統近年來成為各行各業應用研究的熱點，傳統光譜成像多采用二維陣列探測器和推掃的方式進行設計，不但系統體積龐大而且需要高精度掃描機構實現波長的精確定位，結構復雜成本高昂，抗震能力差，并且無法保障不同溫度條件下波長漂移對測量結果的影響。

為了克服傳統電機掃描的一些問題，MEMS(微機電系統)技術實現了微型光學反射鏡的設計，尤其是以美國TI公司DMD為代表的MEMS微鏡陣列，在光學掃描上解決了電機掃描中抗振動能力差、重復性實現難度高、機械磨損影響使用壽命的不足。專利CN 108627465 A公布了一種基于壓縮感知高光譜成像的快速無損監測裝置，采用DMD對入射圖像進行編碼壓縮，然后通過掃描光柵進行波長選擇，再將單點探測器檢測的信號進行解碼恢復圖像。其中DMD主要用于壓縮圖像，解決了圖像處理中數據量大傳輸困難的問題，但是由于壓縮圖像會造成信息損失，直接影響光譜成像質量，而且系統中光柵采用掃描方式，無法保障系統波長穩定。另外專利CN 107655569 A公布了高光譜相機、高光譜成像裝置及控制方法，采用DMD進行分光后的波長選擇，使用線陣探測器進行成像，系統在無推掃的情況下受到狹縫的影響成像面積有限，信息量少，應用場景受限。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種MEMS型靜態閉環光譜成像系統，本發明的技術方案如下：

一種MEMS型靜態閉環光譜成像系統，該MEMS型靜態閉環光譜成像系統包括：寬帶光源、照明分光系統、MEMS微鏡陣列、光纖束、陣列探測器、光譜校準系統、主控電路板、光源驅動電路、微鏡驅動電路、陣列探測器控制電路，主控電路板分別連接光源驅動電路、微鏡驅動電路和陣列探測器控制電路；光源驅動電路連接并驅動寬帶光源，照明分光系統將寬帶光源發出的寬帶光按照空間分解成按波長排列的光并照射到MEMS微鏡陣列上，MEMS微鏡陣列包括沿著色散方向呈陣列形式排布的N個MEMS微鏡，N為整數，微鏡驅動電路連接并驅動MEMS微鏡陣列中各個MEMS微鏡的反射角度使MEMS微鏡陣列輸出相應波長的光，MEMS微鏡陣列輸出的光分別耦合到光纖束和光譜校準系統，光纖束的輸出端連接準直器作為系統照明照射采集工位處的待測樣品，光譜校準系統連接主控電路板，陣列探測器正對采集工位處的待測樣品，陣列探測器控制電路連接并控制陣列探測器。

其進一步的技術方案為，照明分光系統包括：狹縫、準直透鏡、透射光柵和聚焦透鏡，寬帶光源發出的寬帶光經狹縫耦合到準直透鏡上，準直透鏡發出的光耦合到透射光柵上，透射光柵將寬帶光按照空間分解成按波長排列的光，分光后的光透過聚焦透鏡照射到MEMS微鏡陣列上。

其進一步的技術方案為，寬帶光源安裝在光源基座上，光源基座帶有散熱結構。

其進一步的技術方案為，MEMS微鏡陣列包括微鏡陣列基座、N個MEMS微鏡、封裝窗片和外接引腳，N個MEMS微鏡沿著色散方向依次排列呈陣列形式布設在微鏡陣列基座上，封裝窗片蓋設封裝在N個MEMS微鏡上，外接引腳分別連接N個MEMS微鏡，微鏡驅動電路通過外接引腳連接MEMS微鏡陣列。