一种拉曼系统的制作方法

文档序号:16115029发布日期:2018-11-30 20:18阅读:195来源:国知局

本实用新型涉及光谱测量技术领域,特别涉及一种拉曼系统。



背景技术:

拉曼系统能够通过获取物质成分的拉曼散射光谱,对应得到物质的分子结构信息。

当前的拉曼光谱测量,具体是通过在拉曼增强芯片上放置被测样品,如涂覆待测液体,等自然干燥后,放到显微拉曼或普通拉曼光谱仪的前端进行测量,从而得出被测样品中的成分及各成分的含量。

但是,发明人发现现有技术中至少存在如下问题:现有的拉曼光谱测量方式,需要利用专门的拉曼光谱检测设备,进行专业的操作才可以测出被测样品中的物质成分及含量,并且由于采用的拉曼增强芯片是由纳米材料附着在硅片或石英石片上构成的,不适合直接测量,因而用户无法随身携带。

另外,即便现在有小型化的手持拉曼检测设备,可以直接对被测样品进行拉曼检测,但是由于其成本较高,功能单一无法满足人手一台,而拉曼检测却在医疗、健康、食品安全等众多领域的应用越来越多。

因此,如何满足人们日常生活中对拉曼检测的强烈需求,显得尤为重要。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于提供一种拉曼系统,以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题,本实用新型的实施方式提供了一种拉曼系统,该拉曼系统包括:拉曼检测装置和手持式移动设备;手持式移动设备包括用于产生激光光源的激光传感器和用于确定被测样品的拉曼光谱的摄像头模组;其中,激光传感器和摄像头模组相邻设置;拉曼检测装置与手持式移动设备连接,用于将激光传感器发射的激光光源经内部光路散射到被测样品上,并接收被测样品在激光光源的照射下反射的信号光,将被测样品反射的信号光反馈给摄像头模组,供摄像头模组确定被测样品的拉曼光谱。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言,利用具备摄像头模组,并且能够发射激光光源的手持式移动设备(如测试人员的智能手机、平板电脑) 和无需任何能源供给即可实现将激光光源散射到被测样品上的小型拉曼检测装置的组合,在需要识别被测样品中的成分及各成分含量时,通过手持式移动设备和拉曼检测装置的配合,从而可以方便、快捷的得到被测样品的拉曼光谱,进而能够根据得到的拉曼光谱确定被测样品中的成分及各成分含量,从而满足人们日常生活中对拉曼检测的需求。

另外,拉曼检测装置包括拉曼光路单元;拉曼光路单元包括第一光源出入口、第二光源出入口和第三光源出入口;第一光源出入口与激光传感器对应,用于接收激光传感器发射的激光光源;第二光源出入口与被测样品对应,用于将激光传感器发射的激光光源散射到被测样品上,并接收被测样品在激光光源的照射下反射的信号光;第三光源出入口与摄像头模组对应,用于将第二光源出入口接收到的被测样品反射的信号光反馈给摄像头模组。本实施方式提供了一种拉曼检测装置中拉曼光路单元的具体结构,并给出了该拉曼光路单元的各个光源出入口与被测样品以及手持式移动设备上的激光传感器、摄像头模组的对应关系,基于该对应关系,能够保证激光光源散射到被测样品上,并且被测样品反射的信号光,也可以反馈给摄像头模组。

另外,拉曼检测装置还包括固定单元;固定单元与拉曼光路单元连接,用于将拉曼光路单元可拆卸的固定于手持式移动设备。本实施方式提供了一种拉曼检测装置与手持式移动设备的具体连接方式,从而可以方便用户根据使用需求,可拆卸的将拉曼检测装置固定到自己的手持式移动设备上。

另外,拉曼检测装置还包括第一滤光单元;第一滤光单元设置于第一光源出入口与第二光源出入口之间,并靠近第一光源出入口,用于滤除激光传感器发射的激光光源中的宽带光谱。通过在拉曼光路单元的第一光源出入口与第二光源出入口之间,且靠近第一光源出入口的位置设置一个滤光单元,从而可以滤除激光传感器发射的激光光源中的宽带光谱,进而保证散射到被测样品上的激光光源为单色性好、能量利用率高、显示范围较小且连续的光源。

另外,拉曼检测装置还包括第二滤光单元;第二滤光单元设置于第二光源出入口与第三光源出入口之间,并靠近第三光源出入口,用于滤除被测样品反射的信号光中的宽带光谱。通过在拉曼光路单元的第二滤光单元设置于第二光源出入口与第三光源出入口之间,且靠近第三光源出入口的位置设置一个滤光单元,从而可以滤除被测样品反射的信号光中的宽带光谱,有效去除了干扰光波,使得确定的被测样品的拉曼光谱能够更加准确的体现被测样品的成分及各成分的含量,进而保证后续分析结果的准确性。

另外,手持式移动设备还包括分析单元;分析单元与摄像头模组通信连接,用于根据摄像头模组确定的拉曼光谱,确定被测样品的成分及各成分的含量。通过在手持式移动设备中设置一个分析单元,从而可以直接利用用户的手持式移动设备完成对被测样品的拉曼检测。

另外,手持式移动设备还包括视图管理单元;视图管理单元与分析单元通信连接,用于为用户提供可视化的操作界面,并在操作界面显示分析单元确定的被测样品的成分及各成分的含量。通过在手持式移动设备中设置一个可视化的视图管理单元,从而可以方便用户进行操作,并且能够根据被测样品的不同,及时修改检测参数。

另外,手持式移动设备还包括光路校准单元;光路校准单元分别与激光传感器和摄像头模组通信连接,用于校准激光传感器和摄像头模组。通过在手持式移动设备中设置一个光路校准单元,从而能够在识别被测样品的成分及各成分的含量之前,先对激光传感器和摄像头模组进行校准,使得确定的被测样品的拉曼光谱能够更加准确的体现被测样品的成分及各成分的含量,进而保证后续分析结果的准确性。

另外,手持式移动设备的激光传感器为激光对焦传感器。通过选用激光对焦传感器,从而可以在进行拉曼检测之前,更好的调节散射到被测样品上的激光光源。

另外,手持式移动设备的摄像头模组为CMOS摄像头。本实施方式中通过选用CMOS(互补金属氧化物半导体,Complementary Metal Oxide Semiconductor)摄像头,能够更好的满足拉曼检测中对红外波段的检测灵敏度和成像效果的要求。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型第一实施方式的拉曼系统中的手持式移动设备的平面示意图;

图2是本实用新型第一实施方式的拉曼系统中的拉曼检测装置的结构示意图;

图3是本实用新型第一实施方式的拉曼系统的结构示意图;

图4是本实用新型第一实施方式的拉曼系统中的拉曼光路单元内部的光路示意图;

图5是本实用新型第二实施方式的拉曼系统中的拉曼光路单元内部的光路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本实用新型各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种拉曼系统,该拉曼系统主要包括拉曼检测装置和手持式移动设备。其中,手持式移动设备包括用于产生激光光源的激光发射器和用于确定被测样品的拉曼光谱的摄像头模组。拉曼检测装置与手持式移动设备连接(可以是直接固定在上面的,也可以是可拆卸的固定在上面的),用于将激光传感器发射的激光光源经内部光路散射到被测样品上,并接收被测样品在激光光源的照射下反射的信号光,将被测样品反射的信号光反馈给摄像头模组,供摄像头模组确定被测样品的拉曼光谱。

需要说明的是,本实施方式中所说的手持式移动设备可以是目前较为普及的用户终端,如智能手机、平板电脑等。拉曼检测装置具体是一个体积相对较小,可以与手持式移动设备搭配使用的迷你装置,且该拉曼检测装置无需任何电源供给,仅为一个拉曼光路,具体的形状、结构此处不做限制。

另外,本实施方式中的激光传感器具体是由激光器(即激光发射器)、激光检测器和测量电路组成的。摄像头模组可以是单或双摄像头模组,即单个或多个摄像头。

需要说明的是,以上给出的仅为一种激光传感器、摄像头模组的具体结构,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据需要选取,比如直接采用激光发射器来代替激光传感器,摄像头模组中也可以集成光栅、滤光片或其他分光元件,此处不做限制。

另外,为了在进行拉曼检测之前,更好的调节散射到被测样品上的激光光源,手持式移动设备中设置的激光传感器具体可以选用激光对焦传感器,该激光传感器能够通过手动或自动对焦的方式,将激光光源对焦到特定的区域。

由于激光对焦传感器已经应用到了用户终端,因而关于激光对焦传感器的对焦方式,本领域的技术人员可以根据需要来调试,此处不再赘述,也不不做限制。

另外,为了能够更好的满足拉曼检测中对红外波段的检测灵敏度和成像效果的要求,手持式移动设备中设置的摄像头模组具体可以选用CMOS摄像头,或者其他对红外频谱有特殊处理的摄像头。

另外,需要说明的是,以上给出的仅为一种具体的摄像头模组的选取方式,在实际应用中,如果探测的拉曼信号属于可见光范围,本领域的技术人员可以根据需要选用相对应的激光光源和常规的摄像头探测器,此处不做限制。

另外,值得一提的是,为了尽可能减小拉曼检测装置的体积,从而方便用户携带,并且在安装到手持式移动设备上时,不影响手持移动设备的外观及用户的使用,手持式移动设备中的激光传感器和摄像头模组需要相邻设置,且电连接。

为了能够对本实施方式中提供的拉曼系统有一个更加完整、清晰的认识,以下结合图1至图3进行具体说明。

需要说明的是,拉曼检测装置实质上就是一个拉曼光路单元,因此以下直接将拉曼光路单元作为拉曼检测装置进行说明。

图1为手持式移动设备100(此处以手机为例)的后视图(即与屏幕相对的一面)。其中,101为激光传感器,102为摄像头模组,1021和1022为摄像头模组中的两个摄像头,为了便于区分,此处以第一摄像头1021和第二摄像头1022称呼。

图2为一种具体的拉曼检测装置200,这里直接用拉曼光路单元表示。其中,201为拉曼光路单元的第一光源出入口,202为拉曼光路单元的第三光源出入口。

图3为手持式移动设备100和拉曼检测装置200组合后的拉曼系统的示意图。其中,203为拉曼光路单元的第二光源出入口。

具体的说,在实际应用中,第一光源出入口201需要与激光传感器101 对应,用于接收激光传感器101发射的激光光源。第二光源出入口203需要与被测样品对应,用于将激光传感器101发射的激光光源散射到被测样品上,并接收被测样品在激光光源的照射下反射的信号光。第三光源出入口202需要与摄像头模组102对应(与摄像头模组102中的所有摄像头对应),用于将第二光源出入口203接收到的被测样品反射的信号光反馈给摄像头模组 102。

另外,为了能够更好的理解拉曼检测装置200散射激光光源和反馈被测样品反射的信号光的过程,以下结合图4,对拉曼检测装置200中的内部光路进行具体说明。

需要说明的是,为了便于说明,本实施方式中的拉曼检测装置200仍以拉曼光路单元代替。

图4中,第一光源出入口201与激光传感器101(图中未示出)对应,用于接收激光传感器101发射的激光光源,穿过第一光源出入口201的激光关于经过第一滤光单元204,滤除掉激光传感器101发射的激光光源中的宽带光谱后,经第一准直镜205变为平行激光。

二向色片206以45度角倾斜设置,使平行激光照射到二向色片206后,以45度角反射到第二准直镜207上,并通过第二光源出入口203散射到与第二光源出入口203对应的被测样品上。

被测样品在散射到其上的激光的照射下,产生拉曼信号并伴随着激光的反射光,经过第二准直镜207,滤除99.9%的干扰,反射到二向色片206,并穿过二向色片206。

穿过二向色片206后的光信号中的拉曼信号光无阻碍的经过聚焦镜208 聚焦到第三光源出入口202,并穿过第三光源出入口202,射入与第三光源出入口202对应的摄像头模组102中的第一摄像头1021和第二摄像头1022(图中未示出),供摄像头模组102确定被测样品的拉曼光谱,以便进行下一步分析。

另外,需要说明的是,以上给出的仅为第一滤光单元204的一种具体设置位置,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据需要将第一滤光单元204 放置在第一准直镜205后面,此处不做限制。

另外,本实施方式中设置的第一滤光单元204具体可以是滤光片,并且滤光片选取的具体是采用等离子溅射镀膜或磁控溅射镀膜工艺制备的高通截止滤光片,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据需要进行合理选取,此处不做限制。

另外,在实际应用中,第一滤光单元204可以设置于第一光源出入口201 与第二光源出入口203之间,且靠近第一光源出入口201的位置,也可以设置于第二光源出入口203与第三光源出入口202之间,且靠近第三光源出入口202的位置,具体的设置方式,本领域的技术人员可以根据需要合理设置,此处不做限制。

另外,需要说明的是,为了便于绘制,图4中第一光源出入口201和第三光源出入口202是位于不同区域的,在实际应用中,为使第一光源出入口 201和第三光源出入口202相邻,只需在内部光路中设置一个反光片,从而改变光的射出方向,具体的本领域的技术人员可以根据需要设置,此处不做限制。

另外,值得一提的是,在实际应用中拉曼检测装置除了可以包括拉曼光谱单元和滤光单元之外,还可以包括固定单元。

具体的说,该固定单元可以是类似卡扣的结构,也可以是类似夹子的结构,在使用时,拉曼光路单元与该固定单元连接,然后利用固定单元的可活动的卡扣部分或夹口,将拉曼光路单元可拆卸的固定于手持式移动设备上。

另外,拉曼光路单元与固定单元可以是一体成型的,即不可拆分,从而避免拉曼光路单元在使用过程中发生位移;也可以是可拆卸连接的,从而可以在针对不同的测试需求时,方便更换拉曼光路单元,并且二者有任意一个发生损坏时,也可以方便替换,节约成本。

需要说明的是,以上仅为举例说明,并不对本发明的技术方案和要保护的技术范围构成限定,在实际应用中,本领域的技术人员需要合理设置,此处不做限制。

另外,值得一提的是,在实际应用中,手持式移动设备中除了需要设置激光传感器和摄像头模组之外,还可以设置一个分析单元,一个视图管理单元和一个光路校准单元。

具体的说,分析单元需要与摄像头模组通信连接,从而能够根据摄像头模组确定的拉曼光谱,确定被测样品的成分及各成分的含量。

视图管理单元则需要与分析单元通信连接,从而可以为用户提供可视化的操作界面,并在操作界面显示分析单元确定的被测样品的成分及各成分的含量。

光路校准单元则需要分别与激光传感器和摄像头模组通信连接,从而能够在识别被测样品的成分及各成分的含量之前,先对激光传感器和摄像头模组进行校准,使得确定的被测样品的拉曼光谱能够更加准确的体现被测样品的成分及各成分的含量,进而保证后续分析结果的准确性。

需要说明的是,在实际应用中,设置于手持式移动设备中的分析单元、视图管理单元和光路校准单元,可以是实际的物理结构,也可以是相应的功能模块,即将上述几个单元的功能直接部署到手持式移动设备的处理器上,通过软件控制的方式,实现上述各个单元的功能,如在用户的手持式移动设备(手机)上安装一个拉曼光谱分析软件,在需要对被测样品进行拉曼检测时,通过启动该拉曼光谱分析软件,然后调用手机内的激光传感器和摄像头,进而利用本实施方式中提供的拉曼检测装置确定被测样品的拉曼光谱。

需要说明的是,以上仅为举例说明,并不对本发明的技术方案和要保护的技术范围构成限定,在实际应用中,本领域的技术人员需要合理设置,此处不做限制。

另外,需要说明的是,由于本实施方式中提供的拉曼系统中的拉曼检测装置体积小巧,因此基本不会影响手持式移动设备原有的外观结构,并且该拉曼检测装置可以根据用户使用需求,可拆卸的安装到用户的手持式移动设备上,因此也不会影响手持式移动设备的功能。

另外,由于拉曼系统中的拉曼检测装置是一个无需任何能源供给即可实现将激光光源散射到被测样品上,因而制备成本也相对较低,从而可以大幅度降低拉曼检测技术的普及成本。

另外,由于本实施方式中采用的手持式移动设备为目前已经较为普及(基本可以满足人手一台)的用户终端,如智能手机、平板电脑等,因而在此基础上,能够大幅加快拉曼检测技术在民用(医疗、健康、食品安全等众多领域)方向的发展。

通过上述描述不难发现,本实施方式中提供的拉曼系统,利用具备摄像头模组,并且能够发射激光光源的手持式移动设备(如测试人员的智能手机、平板电脑)和无需外接能源供给即可实现将激光光源散射到被测样品上的小型拉曼检测装置的组合,在需要识别被测样品中的成分及各成分含量时,通过手持式移动设备和拉曼检测装置的配合,从而可以方便、快捷的得到被测样品的拉曼光谱,进而能够根据得到的拉曼光谱确定被测样品中的成分及各成分含量,从而满足人们日常生活中对拉曼检测的需求。

本实用新型的第二实施方式涉及一种拉曼系统。本实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进,具体改进之处为:拉曼检测装置中还包括第二滤光单元,具体结构如图5所示。

需要说明的是,为了便于说明,本实施方式中的拉曼检测装置200仍以拉曼光路单元代替,以下结合图5进行具体说明。

如图5所示,本实施方式中的拉曼光路单元内部的光路结构与图4所示的拉曼光路单元内部的光路结构大致相同,主要区别之处为:在第一实施方式中,拉曼光路单元内部仅设置了一个滤光单元(图4中的第一滤光单元 204),且该滤光单元是设置于第一光源出入口201与第二光源出入口203 之间,并靠近第一光源出入口201;而在本实施方式中,拉曼光路单元内部设置有两个滤光单元(图5中的第一滤光单元204和第二滤光单元209)。

具体的说,在本实施方式中,第一滤光单元204的设置位置与第一实施方式中的设置位置相同,且作用也相同,即同样是用于滤除激光传感器发射的激光光源中的宽带光谱,从而保证散射到被测样品上的激光光源为单色性好、能量利用率高、显示范围较小且连续的光源。

第二滤光单元209则设置于第二光源出入口203与第三光源出入口202 之间,并靠近第三光源出入口202。

与第一滤光单元204的作用相似,第二滤光单元209也是用于滤除光源中的宽带光谱,不同之处是第二滤光单元209滤除的是被测样品反射的信号光中的宽带光谱。

另外,需要说明的是,由于第一滤光单元204和第二滤光单元209滤除的对象不同,因此在实际应用中,选取的这两个滤光单元的滤光属性是不相同的,具体的规格,本领域的技术人员可以根据需要选择,此处不再赘述,也不做限制。

另外,本实施方式中所说的第一滤光单元204和第二滤光单元209,同样可以为滤光片、滤光器或者具有特殊光路的约束机构等,此处不再赘述,也不做限制。

另外,值得一提的是,在实际应用中,为了能够尽可能的滤除掉干扰信号光,可以在拉曼检测装置内同时设置第一滤光单元204和第二滤光单元 209,并且还可以选择集成有光栅、滤光片及分光元件的摄像头模组,具体的,本领域的技术人员可以根据需要进行设置,此处不做限制。

通过上述描述不难发现,本实施方式中提供的拉曼系统,通过在拉曼检测装置中设置两个滤光单元,进一步保证了反馈到手持式移动设备的摄像头模组的光为符合窄带要求的光,使得最终确认的拉曼光谱能够更加准确的反映出被测样品的成分及各成分占比,进而保证了最终的分析结果的准确性。

本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本实用新型的精神和范围。

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