CN101666681A - 使用moems可动闪耀光栅阵列的光谱仪 - Google Patents

使用moems可动闪耀光栅阵列的光谱仪 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种体积小、结构简单、成本低廉的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪；包括光源；准直装置，使来自光源的光束平行；光栅或棱镜，接收光束并使光束色散；成像装置，将色散光束成像到MOEMS可动闪耀光栅阵列上，并将MOEMS可动闪耀光栅阵列衍射得光束成像到探测器；MOEMS可动闪耀光栅阵列及其驱动电路，用于衍射色散光束；所述MOEMS可动闪耀光栅阵列包括多个并列的MOEMS可动闪耀光栅，所述多个MOEMS可动闪耀光栅可在驱动电路的控制下分组进行偏转动作，以选通不同谱带光束；以及探测器；本发明的光谱仪具有光通量大、光能利用率高、信噪比高等优点，可广泛应用于生化分析、食品安全监测等领域。

Description

使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪
技术领域
本发明涉及一种MOEMS光栅光谱仪。
背景技术
目前市场上已经有比较成熟的光谱仪，主要包括滤光片型、光栅扫描型、傅立叶变换型、阵列检测型、声光调谐型等，但都有各自优缺点。滤光片型：结构简单、成本低、光通量大、坚固耐用；但灵活性差，分辨率低，检测对象单一，仅适于特殊用途；光栅扫描型：通过光栅的转动，使单色光按波长高低依次通过样品进入检测器检测。这种分光技术发展成熟，应用广泛；由于这种仪器的扫描机构存在机械磨损间题，其波长测量精度和重现性较差，全谱侧量时间较长；傅立叶变换型：它的扫描速度比较快，光通量大，分辨率和信噪比高，在弱辐射探测方面优势明显。但由于动镜的存在，仪器的在线长久可靠性受到限制，另外对仪器的使用和放置环境也有严格要求，价格昂贵、体积庞大；阵列检测型：阵列检侧型仪器由于光路固定、没有移动部件，测量精度高，可靠性好，信噪比也比较高。但同样存在近红外探测阵列极其昂贵，用户范围小的问题；声光调谐型：是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的调谐技术。程序化的波长控制使其应用更佳灵活，但分辨率相对较低，价格昂贵。
综上所述，传统的光谱仪存在着体积大、结构复杂、使用环境受限、价格昂贵，已经不能满足现场检测、实时监测的要求。随着MOEMS(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems，微光机电系统)技术的发展，基于MOEMS技术的微型光谱仪成为食品安全监测仪器研究热点，是突破性的技术变革。国内在MOEMS光谱议上的研究还刚处于起步阶段。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出了一种体积小、结构简单、成本低廉的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪。
本发明的目的是这样实现的：使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：包括
光源；
准直装置，使来自光源的光束平行；
光栅或棱镜，接收光束并使光束色散；
成像装置，将色散光束成像到MOEMS可动闪耀光栅阵列上，并将MOEMS可动闪耀光栅阵列衍射的光束成像到探测器；
MOEMS可动闪耀光栅阵列及其驱动电路，用于衍射色散光束；所述MOEMS可动闪耀光栅阵列，包括多个并列的MOEMS可动闪耀光栅，所述多个MOEMS可动闪耀光栅可在驱动电路的控制下分组进行偏转动作，以选通不同谱带光束；以及
探测器。
进一步，所述光栅为平面反射光栅、凹面光栅或闪耀光栅；
进一步，所述探测器为单点探测器；
进一步，所述准直装置为准直透镜；
进一步，所述成像装置为成像透镜。
本发明的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，利用MOEMS可动闪耀光栅阵列的特性，可使本发明的光谱仪体积很小，便于携带，由于MOEMS可动闪耀光栅阵列对光谱的选通作用，本发明的光谱仪可以采用单点探测器，这在应用于近红外、红外和紫外波段时，可以大大减少由于采用昂贵的线阵探测器带来的成本，并且单点探测器可获得更高的测量灵敏度；由于MOEMS可动闪耀光栅阵列中的MOEMS可动闪耀光栅可在驱动电路的驱动控制下进行分组动作，可使本发明的光谱仪工作在阿达马(Hadamard)变换模式下，增大光通量，提高光能利用率，提高信噪比；由于可动闪耀光栅阵列的开关作用，无需传统光谱仪中的斩波器组件，进一步降低成本。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：
图1示出了使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，本实施例的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪包括光源1、准直装置2、光栅3、成像装置、MOEMS可动闪耀光栅阵列5及其驱动电路和单点探测器6。
所述准直装置2可采用准直透镜或其它准直装置，用于使来自光源的光束平行。
所述光栅3，可采用平面反射光栅、凹面光栅或闪耀光栅，用于接收准直后的光束并使光束色散；光栅3亦可用棱镜替代。
所述成像装置，可根据需要设置一个或多个，本实施例中，使用第一成像透镜41将色散光束成像到MOEMS可动闪耀光栅阵列5上，使用第二成像透镜42将MOEMS可动闪耀光栅阵列5反射的光束成像到探测器；本技术人员应当理解，亦可通过增设反射装置，使一个成像装置同时实现上述功能。
MOEMS可动闪耀光栅阵列5及其驱动电路，用于衍射色散光束；所述MOEMS可动闪耀光栅阵列5包括多个并列的MOEMS可动闪耀光栅，所述多个MOEMS可动闪耀光栅可在驱动电路的控制下分组进行偏转动作，以选通不同谱带光束；当用于光谱扫描时，可以使某个MOEMS可动闪耀光栅单个偏转，逐个扫描达到光谱扫描的目的；所述MOEMS可动闪耀光栅是指基于MOEMS的转角可变的闪耀光栅；作为一种特殊的MOEMS可动闪耀光栅阵列，MOEMS可扭转微镜阵列也可实现上述功能；
单点探测器6可与示波器7的检测电路连接，对光谱进行进一步分析、检测和显示。
本发明的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪可广泛应用于生化分析、食品安全监测等领域。
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围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：包括
光源；
准直装置，使来自光源的光束平行；
光栅或棱镜，接收光束并使光束色散；
成像装置，将色散光束成像到MOEMS可动闪耀光栅阵列上，并将MOEMS可动闪耀光栅阵列反射的光束成像到探测器；
MOEMS可动闪耀光栅阵列及其驱动电路，用于衍射色散光束；所述MOEMS可动闪耀光栅阵列，包括多个并列的MOEMS可动闪耀光栅，所述多个MOEMS可动闪耀光栅可在驱动电路的控制下分组进行偏转动作，以选通不同谱带光束；以及
探测器。
2.如权利要求1所述的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：所述光栅为平面反射光栅、凹面光栅或闪耀光栅。
3.如权利要求1所述的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：所述探测器为单点探测器。
4.如权利要求1所述的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：所述准直装置为准直透镜。
5.如权利要求1所述的使用MOEMS可动闪耀光栅阵列的光谱仪，其特征在于：所述成像装置为成像透镜。
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