一种基于DMD的光谱采集设备的制作方法

本实用新型涉及光谱采集装置领域，具体涉及一种基于dmd的光谱采集设备。

背景技术：

dmd是一种基于半导体制造技术，由高速数字式光反射开关阵列组成的器件，通过控制微镜片绕固定轴(轭)的旋转和时域响应(决定光线的反射角度和停滞时间)来决定成像图形和其特性。

它是一种新型、全数字化的平面显示器件，应用mems(微电子机械系统)的工艺将反射微镜阵列和cmossram集成在同一块芯片上。目前其不仅应用于高清电视(hdtv)和数字投影显示等，近几年其应用领域得到较大扩展，在光纤通信网络的路由器、衰减器和滤波器、数字相机、高频天线阵列、新一代外层空间望远镜、快速原型制造系统、物体三维轮廓测量仪、全息照相、数字图像处理联合变换相关器、光学神经网络、光刻、显微系统中的数字可变光阑以及空间成像光谱等领域都得到了成功的应用。

dmd做为一种新型光调制器件，已经应用于光谱仪的开发中，作为有别于ccd光谱仪的一种形式出现在现代测试中，它避开ccd设备中昂贵阵列ccd的使用，采用单点检测，节省成本，减小体积。同时基于dmd的信号采集调制处理电路也需要同步改变。

目前基于dmd的光谱采集设备中，还存在以下问题：

1.采样不够稳定和精确，对采样结果会造成偏差，无法满足某些应用场景；

2.采样时光失去同步，影响采样结果。

基于上述情况，本实用新型提出了一种基于dmd的光谱采集设备，可有效解决以上问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于dmd的光谱采集设备。本实用新型的基于dmd的光谱采集设备结构简单，使用方便，实现了稳定、快速地采样，避免出现光失去同步的情况；既解决了微弱信号时dmd的应用方式，也提高了采样的精度。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于dmd的光谱采集设备，包括光源模块、第一透镜组、被检测物、光栅、dmd微镜、控制电路、第二透镜组和单点探测器，还包括：

同步电路，包括iv转换电路、信号调制开关、信号跟随电路、积分电路和阻抗电路；

所述iv转换电路、信号调制开关、信号跟随电路、积分电路和阻抗电路依次电连接；

其中，所述光源模块发出检测光束，通过第一透镜组射入被检测物中，经被检测物吸收及反射后透过光栅射入dmd微镜中，在所述dmd微镜上形成不同波长的狭缝的像，经所述dmd微镜进行波长选通后聚焦于光栅中，经光栅反射后通过第二透镜组聚焦于单点探测器，所述单点探测器将接收的光信号发送至所述同步电路中，所述同步电路与控制电路电连接。

本实用新型的目的在于提供一种基于dmd的光谱采集设备。本实用新型的基于dmd的光谱采集设备结构简单，使用方便，实现了稳定、快速地采样，避免出现光失去同步的情况；既解决了微弱信号时dmd的应用方式，也提高了采样的精度。

优选的，所述iv转换电路包括光电转换器p1、第一运算放大器a1、第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1；

所述光电转换器p1分别与第一运算放大器a1的反相输入端、第一电阻r1一端和第一电容c1一端电连接，所述第一运算放大器a1的同相输入端接地，所述第一运算放大器a1的输出端和第一电容c1另一端均与第二电阻r2一端电连接，所述第一电阻r1另一端与第二电阻r2另一端电连接。

优选的，所述信号调制开关为第一n沟道场效应管u1；所述第一n沟道场效应管u1的漏极与第二电阻r2另一端电连接。

优选的，所述信号跟随电路包括第二运算放大器a2和第三电阻r3；

所述第一n沟道场效应管u1的源极与第二运算放大器a2的同相输入端电连接，所述第二运算放大器a2的反相输入端和输出端均与第三电阻r3一端电连接。

优选的，所述积分电路包括第二n沟道场效应管u2、第三n沟道场效应管u3和第二电容c2；

所述第三电阻r3另一端分别与第二n沟道场效应管u2的漏极、第二n沟道场效应管u2的栅极和第二电容c2的另一端电连接，所述第二n沟道场效应管u2的源极与第二电容c2一端电连接，所述第二n沟道场效应管u2的栅极与第三n沟道场效应管u3的漏极、第三n沟道场效应管u3的漏极和第二电容c2的另一端共同连接。

优选的，所述阻抗电路包括第三运算放大器a3；

所述第三运算放大器a3的同相输入端与第三电容另一端电连接，且其反相输入端和输出端均与dmd微镜电连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型的基于dmd的光谱采集设备结构简单，使用方便，实现了稳定、快速地采样，避免出现光失去同步的情况；解决了微弱信号时dmd的应用方式，通过同步电路的设置，实现了无误差的控制并输出同步信号，提高了采样的精度。

附图说明

图1为本实用新型的流程示意图；

图2为本实用新型所述同步电路的电路原理图；

图3为本实用新型的时序图(图中竖直的波浪线表示后面延续前面的有规律的变化)。

图中：1-光源模块；2-第一透镜组；3-被检测物；4-光栅；5-dmd微镜；6-控制电路；7-第二透镜组；8-单点探测器；9-同步电路；91-iv转换电路；92-信号调制开关；93-信号跟随电路；94-积分电路；95-阻抗电路。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型中所述光电转换器、运算放大器和n沟道场效应管等技术特征(本实用新型的组成单元/元件)，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。

实施例1：

如图1至2所示，本实用新型提供了一种基于dmd的光谱采集设备，包括光源模块1、第一透镜组2、被检测物3、光栅4、dmd微镜5、控制电路6、第二透镜组7和单点探测器8，还包括：

同步电路9，包括iv转换电路91、信号调制开关92、信号跟随电路93、积分电路94和阻抗电路95；

所述iv转换电路91、信号调制开关92、信号跟随电路93、积分电路94和阻抗电路95依次电连接；

其中，控制电路6发出信号激发光源模块1，使其发出检测光束，通过第一透镜组2射入被检测物3中，经被检测物3吸收及反射后透过光栅4射入dmd微镜5中，在所述dmd微镜5上形成不同波长的狭缝的像，经所述dmd微镜5进行波长选通后聚焦于光栅4中，经光栅4反射后通过第二透镜组7聚焦于单点探测器8，所述单点探测器8将接收的光信号发送至所述同步电路9中，所述同步电路9与控制电路6电连接。

如图3所示，本实用新型中控制电路6根据dmd微镜一帧图像曝光时输出触发脉冲，激发光源产生开关时序，同时根据曝光触发同步信号，打开积分电路94的充电开关进行电容充电(图3中的充电时序)，此时积分电路94中的泄放关闭，转为高电平，此时电容在充电状态，一帧图像曝光后关闭充电开关(图3中充电时序变为低电平)，根据控制电路6设置的一帧图像连续曝光次数，重复充电过程。dmd一帧图像连续曝光完成后，控制电路6触发采样脉冲(图3中采集时序触发下降沿)采样，此时泄放时序一直保持高电平，采集完成后积分电路94泄放开关变低(图3中泄放时序变为低电平)，电荷泄放。

实施例2：

如图1至2所示，本实用新型提供了一种基于dmd的光谱采集设备，包括光源模块1、第一透镜组2、被检测物3、光栅4、dmd微镜5、控制电路6、第二透镜组7和单点探测器8，还包括：

同步电路9，包括iv转换电路91、信号调制开关92、信号跟随电路93、积分电路94和阻抗电路95；

所述iv转换电路91、信号调制开关92、信号跟随电路93、积分电路94和阻抗电路95依次电连接；

其中，控制电路6发出信号激发光源模块1，使其发出检测光束，通过第一透镜组2射入被检测物3中，经被检测物3吸收及反射后透过光栅4射入dmd微镜5中，在所述dmd微镜5上形成不同波长的狭缝的像，经所述dmd微镜5进行波长选通后聚焦于光栅4中，经光栅4反射后通过第二透镜组7聚焦于单点探测器8，所述单点探测器8将接收的光信号发送至所述同步电路9中，所述同步电路9与控制电路6电连接。

进一步地，在另一个实施例中，所述iv转换电路91包括光电转换器p1、第一运算放大器a1、第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1；

所述光电转换器p1分别与第一运算放大器a1的反相输入端、第一电阻r1一端和第一电容c1一端电连接，所述第一运算放大器a1的同相输入端接地，所述第一运算放大器a1的输出端和第一电容c1另一端均与第二电阻r2一端电连接，所述第一电阻r1另一端与第二电阻r2另一端电连接。

光电转换器p1可以是pmt(光电倍增管)、硅光电检测器、铟镓砷光电检测器等，它将检测到的光信号转换为电荷信号，通过第一运算放大器a1、第一电阻r1和第一电容c1进行iv转换，转换为电压信号。

进一步地，在另一个实施例中，所述信号调制开关92为第一n沟道场效应管u1；所述第一n沟道场效应管u1的漏极与第二电阻r2另一端电连接。

信号调制开关92是低阻高速开关器件，它的作用是可以进行信号斩波，进行信号调制，把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流。

进一步地，在另一个实施例中，所述信号跟随电路93包括第二运算放大器a2和第三电阻r3；

所述第一n沟道场效应管u1的源极与第二运算放大器a2的同相输入端电连接，所述第二运算放大器a2的反相输入端和输出端均与第三电阻r3一端电连接。

信号跟随电路93的主要作用是进行阻抗匹配，使得输出与负载阻抗相匹配。

进一步地，在另一个实施例中，所述积分电路94包括第二n沟道场效应管u2、第三n沟道场效应管u3和第二电容c2；

所述第三电阻r3另一端分别与第二n沟道场效应管u2的漏极、第二n沟道场效应管u2的栅极和第二电容c2的另一端电连接，所述第二n沟道场效应管u2的源极与第二电容c2一端电连接，所述第二n沟道场效应管u2的栅极与第三n沟道场效应管u3的漏极、第三n沟道场效应管u3的漏极和第二电容c2的另一端共同连接。

积分电路94通过充电和泄放的过程，对检测信号进行放大和滤波。

进一步地，在另一个实施例中，所述阻抗电路95包括第三运算放大器a3；

所述第三运算放大器a3的同相输入端与第三电容另一端电连接，且其反相输入端和输出端均与dmd微镜电连接。

阻抗电路95的作用是阻抗变换，匹配检测adc电路的输入阻抗要求。

如图3所示，本实用新型中控制电路6根据dmd微镜一帧图像曝光时输出触发脉冲，激发光源产生开关时序，同时根据曝光触发同步信号，打开积分电路94的充电开关进行电容充电(图3中的充电时序)，此时积分电路94中的泄放关闭，转为高电平，此时电容在充电状态，一帧图像曝光后关闭充电开关(图3中充电时序变为低电平)，根据控制电路6设置的一帧图像连续曝光次数，重复充电过程。dmd一帧图像连续曝光完成后，控制电路6触发采样脉冲(图3中采集时序触发下降沿)采样，此时泄放时序一直保持高电平，采集完成后积分电路94泄放开关变低(图3中泄放时序变为低电平)，电荷泄放。

依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的基于dmd的光谱采集设备，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。

如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。