专利名称：一种分辨率可调的微型光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种分辨率可调的微型光谱仪。
背景技术：
物质成分的分析和实时测试受到了人们越来越多的关注，其测试技术也在不断发展，光谱仪运用于物质成分的分析，与其相关的设备市场也在不断细分和扩大。当前，物质成分的分析和实时测试的需求主要来自以下一些领域，如食品安全、生物医疗、宝石鉴定、文物鉴定、刑事鉴定、公共安全、地址探矿、材料科学和环境测试等。光谱仪测试光谱范围包含紫外光、可见光、近红外和远红外等波段光谱。传统光谱仪光谱测试范围可达350nm—1750nm。由于测试光谱范围大,光谱仪本身需要由众多光学兀 件、电学元件和精密机械元件构成。这造成传统光谱仪具有体积庞大，使用环境要求高等缺点，不利于在线光谱测量的应用。随着科技的进步，微电子机械系统(MEMS)技术和微细加工技术已取得迅猛的发展。采用MEMS技术制作的光谱仪具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、成本低等优点。现已成为光谱仪微型化发展的一种主流技术之一。由于体积小以及MEMS转动角度有限，单个微型光谱仪测试光谱范围以及分辨率受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种分辨率高、制作成本低的分辨率可调的微型光谱仪。为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种分辨率可调的微型光谱仪，其包括入射光路部分、反射光路部分和微驱动单元，所述入射光路部分依次设有输入单元，准直单元和透射光栅，所述反射光路部分依次设有光会聚单元、光栏和光探测器，所述入射光路部分和所述反射光路部分之间还设有带反射镜MEMS，所述带反射镜MEMS将入射光路中的测试光反射至光会聚单元，所述入射光路部分准直单元和透射光栅之间还设有双腔标准具，所述微驱动单元与所述入射光路部分平行设置，所述微驱动单元包括电机和圆筒转盘，所述电机转动轴与圆筒转盘相连，所述圆筒转盘圆柱面上设有至少两对改变测试光传播方向的相互配合的楔角片对。所述微驱动单元驱动圆筒转盘旋转带动楔角片对进入入射光路，所述楔角片对位于准直单元和双腔标准具之间，使入射光不经过双腔标准具。所述微驱动单元驱动圆筒转盘旋转带动楔角片对进入入射光路，所述楔角片对位于准直单元和透射光栅之间，所述双腔标准具位于楔角片对之间，使入射光经过双腔标准具。所述带反射镜MEMS通过MEMS转动反射镜将光反射到光会聚单元。所述电机为微型步进电机。
所述输入单元为光纤头，所述准直单元为准直透镜，所述光会聚元件为柱面透镜，所述光栏孔径为微米量级。本发明的有益效果为
本发明通过微步进电机转动楔角片对，使测试光束以连续的不同角度入射到双腔标准具，利用双腔标准具的梳状滤波效果，实现双腔标准具滤波特性的连续平移，改变双腔标准具透射波长。提高了微型光谱仪的光谱测试分辨率，解决了微型光谱仪分辨率低的问题，同时该微型光谱仪结构紧凑、制作成本低。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明微型光谱仪实施例之一结构示意 图2是本发明微型光谱仪实施例之二结构示意 图3是本发明微型光谱仪实施例之三结构示意 图4是本发明微型光谱仪双腔标准具滤波示意 图5是本发明微型光谱仪不同楔角片对下对应双腔标准具滤波效果示意 图6是本发明微型光谱仪楔角片对安装示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，对本发明做进一步说明。本发明利用双腔标准具的滤波特性，采用电机驱动圆筒转盘旋转带动不同楔角角度的楔角片对进入入射光路，对入射光谱进行连续的分段扫描，从而提高光谱仪的分辨率。请参阅图1，本实施例包括入射光路部分、反射光路部分和微驱动单元，所述入射光路部分依次设有输入单元，所述输入单位为光纤头1、准直单元，所述准直单元为准直透镜2和透射光栅8，所述反射光路部分依次设有光会聚单元，所述光会聚单元为柱面透镜10、光栏11和光探测器12，所述入射光路部分和所述反射光路部分之间还设有带反射镜MEMS9，所述带反射镜MEMS9将入射光路中的测试光反射至柱面透镜10，所述入射光路部分准直透镜2和透射光栅8之间还设有双腔标准具7，所述微驱动单元与所述入射光路部分平行设置，所述微驱动单元包括电机，所述电机为微型步进电机13和圆筒转盘3，所述微型步进电机13转动轴与圆筒转盘3相连，所述圆筒转盘3圆柱面上设有两对以上的改变测试光传播方向的相互配合的楔角片对301。本实施中，微型步进电机13驱动圆筒转盘3旋转带动楔角片对301进行切换，测试光由光纤头I输入，经准直透镜2准直之后入射到楔角片对301，所述微型步进电机驱动圆筒转盘旋转带动楔角片对301进入入射光路，所述楔角片对301位于准直透镜2和双腔标准具7之间，使入射光不经过双腔标准具7。直接入射到光栅8上，测试光经光栅8色散后，不同波长的测试光分别以不同的角度入射到MEMS9反射镜上，出射光被MEMS9上的反射镜反射到柱面透镜10，之后被会聚。由于不同波长所会聚的空间位置有差异，光栏11可对会聚的测试光束进行滤波，特定波长的光束透过光栏11并被光探测器12接收。通过MEMS9转动反射镜使不同波长的光束依次通过光栏11并被光探测器12接收，实现测试光谱的粗扫描。
请参阅图2，为了提高分辨率，在光谱测试过程中，通过微型步进电机13的转动作用，移开楔角片对301，使测试光束直接通过双腔标准具7。再通过MEMS9转动反射镜使不同波长的光束依次通过光栏11并被光探测器12接收。接着再通过微型步进电机13的转动作用，将楔角片对302移到测试光路中，所述楔角片对302位于准直透镜2和透射光栅8之间，所述双腔标准具7位于楔角片对302之间，使入射光经过双腔标准具7。如图3所示，使测试光束以一定的角度入射到双腔标准具7。然后再次通过MEMS9转动反射镜使不同波长的光束依次通过光栏11并被光探测器12接收。进行光谱精细测试扫描。实际光谱测试中，根据分辨率要求，会在光谱仪中安装多组楔角片对302，并通过微型步进电机13的转动作用，使这些楔角片对302依次进入到测试光路中。并在每个楔角片对302进入到测试光路后，都通过MEMS9转动反射镜使不同波长的光束依次通过光栏11并被光探测器12接收。请同时参阅图4和图5，所述的双腔标准具7的滤波特性如图4所示。当测试光束以不同的角度入射到双腔标准具7时，可以得到如图5所示的滤波特性。图5中，a-f分 别表示测试光以连续的不同角度入射到双腔标准具7后所得的滤波效果。当δ λ/Λ λ为5 :1时，所述的多个楔角片对302数量为4，它们具有不同的楔角。当这些楔角片对302被转入测试光路中后，改变测试光束入射到双腔标准具7的角度，进而改变双腔标准具7的滤波特性。最终实现以更高分辨率的方式对整个测试光谱进行扫描。图6为楔角片对301和楔角片对302安装在圆筒转盘上的示意图，楔角片对302的个数将根据分辨率要求进行调整。本实施例中的加热电阻4，和热敏电阻6用于控制双腔标准具7的温度稳定性。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种分辨率可调的微型光谱仪，其包括入射光路部分、反射光路部分和微驱动单元，所述入射光路部分依次设有输入单元，准直单元和透射光栅，所述反射光路部分依次设有光会聚单元、光栏和光探测器，其特征在于所述入射光路部分和所述反射光路部分之间还设有带反射镜MEMS，所述带反射镜MEMS将入射光路中的测试光反射至光会聚单元，所述入射光路部分准直单元和透射光栅之间还设有双腔标准具，所述微驱动单元与所述入射光路部分平行设置，所述微驱动单元包括电机和圆筒转盘，所述电机转动轴与圆筒转盘相连，所述圆筒转盘圆柱面上设有两对以上改变入射光传播方向的相互配合的楔角片对。
2.根据权利要求1所述的一种分辨率可调的微型光谱仪，其特征在于所述微驱动单元驱动圆筒转盘旋转带动楔角片对进入入射光路，所述楔角片对位于准直单元和双腔标准具之间，使入射光不经过双腔标准具。
3.根据权利要求1所述的一种分辨率可调的微型光谱仪，其特征在于所述微驱动单元驱动圆筒转盘旋转带动楔角片对进入入射光路，所述楔角片对位于准直单元和透射光栅之间，所述双腔标准具位于楔角片对之间，使入射光经过双腔标准具。
4.根据权利要求1所述的一种分辨率可调的微型光谱仪，其特征在于所述电机为微型步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种分辨率可调的微型光谱仪，其特征在于所述输入单元为光纤头，所述准直单元为准直透镜，所述光会聚元件为柱面透镜。
6.根据权利要求1所述的一种分辨率可调的微型光谱仪，其特征在于所述光栏孔径为微米量级。
全文摘要
本发明涉及光学测量领域，公开了一种分辨率可调的微型光谱仪，包括微型步进电机、多对不同楔角角度的楔角片对、双腔标准具和带反射镜的MEMS。楔角片对按楔角角度的大小顺序,绕圆筒转盘圆周安装。通过微型步进电机转动楔角片对，使测试光束以连续的不同角度入射到双腔标准具，利用双腔标准具的梳状滤波效果，实现双腔标准具滤波特性的连续平移,改变双腔标准具透射波长。提高了微型光谱仪的光谱测试分辨率，解决了微型光谱仪分辨率低的问题，同时该微型光谱仪结构紧凑、制作成本低。
文档编号G01J3/02GK103017904SQ20121055898
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者吴砺, 郑保忠, 胡豪成, 林磊, 张新汉 申请人:福州高意光学有限公司