专利名称：一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光谱探测设备，更具体的说，本发明涉及一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪。
背景技术：
光谱仪器的分辨率主要受入射狭缝的影响，目前的光谱仪器通常采用硬件加工制作入射狭缝的方案，存在狭缝加工制作困难复杂，精度较低等不足。而且需要制作多种不同指标的狭缝分别装载于光谱仪器进行调试，使得光谱仪器分辨率的调节极不方便。因此我们希望探索通过软件编程制作入射狭缝的方案，而控制微镜阵元开关对光信号的选通，可以实现入射狭缝的功能。同时目前针对微镜阵列型光谱仪器，微镜阵列主要用于光谱的调制，这使得微镜阵列的有效利用区域有限。因此我们提出对微镜阵列进行分区复用的方案，使得微镜阵列同时完成入射狭缝与光谱调制的功能，解决狭缝制作困难，精度较低，分辨率·不易调节等不足的同时，使得光谱仪器整体结构更加紧凑，更加微型化。
发明内容
本发明在于提供一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，通过对微镜阵列进行区域划分，软件数控微镜阵元的开关使得微镜阵列分别完成光谱仪器的入射狭缝制作与光谱调制功能，解决狭缝制作困难，精度较低，分辨率不易调节等不足的同时，使得光谱仪器整体结构更加紧凑，集成度更高，更加微型化。本发明的技术方案如下
一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪包括光源，准直透镜，微镜阵列，分光成像系统以及单探测器；对所述的微镜阵列进行分区复用将微镜阵列划分为I，II两个区，分别实现不同的功能在微镜阵列I区，通过对微镜阵列I区进行编程控制，控制一条狭缝宽度的微镜单元为开的状态(狭缝宽度与高度通过控制微镜单元打开的行数与列数调节)，其余为关的状态从而构造一条狭缝，作为光谱仪器的入射狭缝；在微镜阵列II区，编码数控微镜阵列单元开关，进行光谱的调制。本发明的光路原理为光源出射的光经过准直透镜入射到微镜阵列I区，光通过微镜阵列I区的入射狭缝后到达固定闪耀光栅进行分光，经第一成像透镜将色散光束成像到微镜阵列II区进行光谱调制，调制后第二成像透镜成像到单点探测器完成光谱的探测；所述单点探测器位于第二成像透镜的焦点处。光谱仪的分辨率包括光学分辨率和象元分辨率，它们分别受入射狭缝宽度和微镜阵列上调制狭缝像的相邻微镜组中心距的影响。本发明中，在微镜阵列I区采用软件编程的方式数控微镜阵列构造光谱仪器入射狭缝，入射狭缝位置、宽度、高度的软件可调性，使得光谱仪的光学分辨率同样软件可调；在微镜阵列II区同时采用数字变换代替出射狭缝，增大光通量的同时，使得相邻微镜组中心距也可通过软件进行调节；因此本发明具有分辨率软件可调的特点。
本发明具有如下优点
I.本发明中对微镜阵列分区复用，分别完成入射狭缝的功能与光谱调制的功能，提高了微镜阵列利用率，光谱仪结构更加紧凑，集成度更高，易于光谱仪的微型化，同时无可移动部件，提高了光谱仪的稳定性与可靠性。2.本发明中利用微镜阵列完成 光谱仪器入射狭缝的软件制作，无需进行狭缝的加工，使得狭缝的制作简单易行，狭缝精度高，提高微镜阵列利用率的同时，降低了仪器的成本。3.本发明中光谱仪的光学分辨率与象元分辨率均可通过软件进行调节，具有调节简单方便的特点。因此整个系统具有结构紧凑，集成度高，小型化，易调节，成本低等特点，可广泛应用于食品安全监测、生化分析等领域。
图I为本发明的结构原理图。图2为本发明的局部(微镜阵列)视图。图3为微镜阵列工作示意图。图4为微镜编码单兀与波长对应关系。图5为微镜阵列逐次扫描模式示意图。图6为微镜阵列组合测量模式示意图。图中1为光源；2为准直透镜；3为微镜阵列；4为固定闪耀光栅；5为第一成像透镜；6为第二成像透镜；7为单点探测器；8为入射狭缝；I为微镜阵列构造入射狭缝区；II为微镜阵列光谱调制区。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
本发明的实施例如图I所示，光源I出射的光经其后方准直透镜2后，以平行光的形式入射到微镜阵列3的构造入射狭缝区I，通过编码数控入射狭缝区I的微镜阵列单元开关，使其形成一条入射狭缝8，然后通过的光到达固定闪耀光栅4进行分光，使用第一成像透镜5将色散光束成像到微镜阵列3的光谱调制区II，通过编码驱动，可使得微镜阵列光谱调制区II分别实现对光谱的逐行扫描和组合扫描两种模式，选通的光束经第二成像透镜6成像到单点探测器7上，所述单点探测器7位于第二成像透镜6的焦点处。本发明的微镜阵列复用原理如图2所示，将微镜阵列划分为I，II两个区，分别实现不同的功能在微镜阵列I区，通过对微镜阵列I区进行编程控制，控制一条狭缝宽度的微镜单元为开的状态(狭缝宽度与高度通过控制微镜单元打开的行数与列数调节)，其余为关的状态从而构造一条狭缝，作为光谱仪器的入射狭缝；在微镜阵列II区，编码数控微镜阵列单元开关，进行光谱的调制。图3为微镜阵列工作示意图，图3为微镜阵列的一种实例，可通过压电、磁力、静电驱动微镜单元镜面发生偏转，使得出射光角度发生偏离，达到波长选通的效果。图4为微镜编码单元与波长对应关系，经第一成像透镜5出射的光，色散的成像到微镜阵列3的光谱调制区II上，不同波长的光分别对应不同的微镜编码区域，通过编程控制微镜阵列单元的开关，即可控制相应波长的光选通与否。图5为逐次扫描模式，单点探测器7每个时间内只接受一个波长的信号强度.
图6为组合测量模式，将微镜阵列单元进行组合，即可选多个微镜单元作为模板的一个编码进行数字控制，单点探测器7接收的是多个波长组合的信号强度。光谱仪的分辨率包括光学分辨率和象元分辨率，它们分别受入射狭缝宽度和微镜阵列上调制狭缝像的相邻微镜组中心距的影响。本发明中，在微镜阵列I区采用软件编程的方式数控微镜阵列构造光谱仪器入射狭缝8，入射狭缝8位置、宽度、高度的软件可调性，使得光谱仪的光学分辨率同样软件可调；在微镜阵列II区同时采用数字变换代替出射狭 缝，增大光通量的同时，出射狭缝宽度与高度通过控制微镜单元打开的行数与列数调节，使得相邻微镜组中心距也可通过软件进行调节，从而可调节光谱仪的象元分辨率；因此本发明具有分辨率软件可调的特点。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范畴。
权利要求
1.一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于包括 a.光源； b.准直透镜； c.微镜阵列； d.分光成像系统； e.单探测器。
2.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于将微镜阵列划分为I，II两个区，分别实现不同的功能一在微镜阵列I区，通过对微镜阵列I区进行编程控制，控制一条狭缝宽度的微镜单元为开的状态(狭缝宽度与高度通过控制微镜单元打开的行数与列数调节)，其余为关的状态从而构造一条狭缝，作为光谱仪器的入射狭缝；在微镜阵列II区，编码数控微镜阵列单元开关，进行光谱的调制。
3.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于光源出射的光经过准直透镜入射到微镜阵列I区，光通过微镜阵列I区的入射狭缝后到达固定闪耀光栅进行分光，经第一成像透镜后到达微镜阵列II区进行光谱调制，调制后经第二成像透镜到达单点探测器完成光谱的探测。
4.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于通过软件编程制作光谱仪器入射狭缝，入射狭缝位置、宽度、高度均可通过编程进行设置。
5.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于入射狭缝是影响光谱仪器光学分辨率的主要因素之一，入射狭缝的编程可调性，使得光谱仪的光学分辨率同时具有了编程可调性。
6.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于在微镜阵列II区可以数控微镜阵列完成光谱的逐次扫描测量和组合测量两种模式。
7.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于光谱仪器象元分辨率受微镜阵列上调制狭缝像的相邻微镜组中心距的影响，微镜阵列II区，光谱仪的微镜阵列上调制狭缝像的相邻微镜组中心距可通过数控微镜阵列进行调节，因此光谱仪的象元分辨率也具有编程可调性。
8.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于微镜阵列分区复用，分别完成入射狭缝的功能与光谱调制的功能，光谱仪结构更加紧凑，集成度更高，易于光谱仪的微型化，同时无可移动部件，提高了光谱仪的稳定性与可靠性。
9.根据权利要求I所述的一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，其特征在于对微镜阵列进行分区复用，利用微镜阵列完成光谱仪器入射狭缝的软件调节，无需进行狭缝的加工，使得狭缝的制作简单易行，狭缝精度高，提高微镜阵列利用率的同时，降低了仪器的成本。
全文摘要
一种可变分辨率微镜阵列复用型光谱仪，包括光源、准直透镜、微镜阵列、分光成像系统和单点探测器；通过对微镜阵列进行区域划分，软件数控微镜阵元的开关，使得微镜阵列分别完成光谱仪器的入射狭缝控制与光谱调制功能；光源出射的光经准直透镜后到达微镜阵列构造狭缝区Ⅰ，选通的光经固定闪耀光栅分光后由第一成像透镜将色散光速成像到微镜阵列编码调制区Ⅱ，最后经第二成像透镜成像到单点探测器完成光谱的探测；通过软件数控微镜阵列两个区域，实现构造入射狭缝和光谱调制功能，使得光谱仪光学分辨率与象元分辨率均可通过软件编程调节，具有高精度、高可靠性、易于调节、结构紧凑、集成化高，微型化等特点。
文档编号G01J3/28GK102944307SQ20121053443
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者张智海, 高玲肖, 张文凯 申请人:重庆大学