CN105136669A - 一种可快速集成的微型光谱传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种可快速集成的微型光谱传感器，包括：壳体，壳体上设有适于光线通过的光阑；光学滤光器，光学滤光器设在壳体内，并邻近光阑，用于接收由光阑进入的光线；聚焦元件，聚焦元件设在壳体内，且聚焦元件位于光学滤光器的后方，以接收经过光学滤光器后的光线；成像元件，成像元件设在壳体内，且位于聚焦元件的后方，以接收经过聚焦元件后的光线；以及连接接口，连接接口设在壳体上并与成像元件连接。根据本发明的可快速集成的微型光谱传感器，体积小巧、通过连接接口易于与其他电器快速集成，由此，可以扩大微型光谱传感器的使用范围。

Description

一种可快速集成的微型光谱传感器

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，具体而言，特别涉及一种可快速集成的微型光谱传感器。

背景技术

光谱仪被广泛应用在食品检测、摄影，打印色温的测定，珠宝古玩的真伪测定等领域，特别是食品安全是存在已久的问题，即使商品在到达消费者手中是新鲜且安全的，但在消费者在实际食用时的新鲜度和安全性确是无法保证的。因此在消费者即将食用之前能够检测出食物的安全性是非常有益的。现如今的检测基本是以破坏性手段来进行的，且检测的复杂程度很高。由于相关技术中，光谱仪的造价昂贵，操作复杂，体积较大，很难集成各种电器和设备上，例如：相关技术中的光谱仪无法实现与电冰箱、微波炉等家用电器的集成，需要与其它设备分开使用，使用起来很不方便。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

有鉴于此，本发明需要提供一种可快速集成的微型光谱传感器。

本发明提出一种可快速集成的微型光谱传感器，包括：壳体，所述壳体上设有适于光线通过的光阑；光学滤光器，所述光学滤光器设在所述壳体内，并邻近所述光阑，用于接收由所述光阑进入的光线；聚焦元件，所述聚焦元件设在所述壳体内，且所述聚焦元件位于所述光学滤光器的后方，以接收经过所述光学滤光器后的光线；成像元件，所述成像元件设在所述壳体内，且位于所述聚焦元件的后方，以接收经过所述聚焦元件后的光线；以及连接接口，所述连接接口设在所述壳体上并与所述成像元件连接。

根据本发明的实施例的可快速集成的微型光谱传感器，体积小巧、通过连接接口易于与其他电器快速集成，由此，可以扩大微型光谱传感器的使用范围。

另外，根据本发明上述实施例的可快速集成的微型光谱传感器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，可快速集成的微型光谱传感器进一步包括控制器，控制器一端与成像元件连接，另一端适于与待集成的电器连接。

根据本发明的一个实施例，所述光学滤光器为法布里-珀罗(FP)共振器、级联FP共振器或干涉滤光器。

根据本发明的一个实施例，所述成像元件为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。

根据本发明的一个实施例，所述聚焦元件为傅里叶变换聚焦元件。

根据本发明的一个实施例，进一步包括设在所述壳体内的凹面镜，所述凹面镜与所述光阑和所述光学滤光器分别相对，以将由所述光阑进入所述壳体内的光线反射到所述光学滤光器上。

根据本发明的一个实施例，所述连接接口包括软排线、OTG502接口、USB503接口中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述壳体整体呈立方体形。

根据本发明的一个实施例，所述壳体整体呈圆柱体形。

根据本发明的一个实施例，可快速集成的微型光谱传感器进一步包括集成测试模块，所述集成测试模块与所述连接接口连接，且包括：显示器；测试光源，所述测试光源与所述光阑相对；以及传输接口，所述传输接口用于向外传输所述微型光谱传感器的光谱信息。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的可快速集成的微型光谱传感器的立体结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的可快速集成的微型光谱传感器的示意图。

图3是根据本发明的另一个实施例的可快速集成的微型光谱传感器的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的安装有集成测试模块的可快速集成的微型光谱传感器的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，根据本发明的实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，包括：壳体10、光学滤光器20、聚焦元件30、成像元件40以及连接接口50。

具体而言，壳体10上可以设有适于光线通过的光阑11，光线可以从光阑11进入到壳体10内部，光学滤光器20设在壳体10内，并邻近光阑11，用于接收由光阑11进入的光线。聚焦元件30设在壳体10内，且聚焦元件30位于光学滤光器20的后方(参见图1所示方向)，以接收经过光学滤光器20后的光线。成像元件40设在壳体10内，且位于聚焦元件30的后方，以接收经过聚焦元件后的光线。连接接口50可以设在壳体10上并与成像元件40连接，以通过连接接口50向外传递检测到的光谱信息。

根据本发明的实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，体积小巧、通过连接接口50易于与其他电器快速集成，由此，可以扩大微型光谱传感器100的使用范围。

可以理解的是，根据本发明的实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，可用于各种光谱测试，比如颜色、吸收、散射和荧光测试等应用，也可用于教育、生物医学、环境和质量控制(QC)相关的应用；并可以集成做在线过程监控，或者安装在无人机上。

进一步地，由于该微型光谱传感器100便于集成，采用的光学系统，使尺寸大大减小，该产品适合集成到多种设备中，比如电冰箱、微波炉；还适于与可移动设备联合工作，比如智能手机和平板。可用于食品检测、化妆品检测、珠宝古玩检测等。

需要说明的是，由于本发明的实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，由于其小尺寸和低复杂度，其可集成到诸如食品加工机、冰箱等厨房用具中。其可以安装在设备上并通过控制电路与之相连接。可以将通过将光谱传感器并入到移动设备中，将所获得的光谱上传到云端并进行分析，并将分析结果告知使用者，使用者继而可以在食品存储和制备的过程期间实时地对成分的安全性做出确定。

根据本发明的一个实施例，可快速集成的微型光谱传感器100的壳体10整体可以呈立方体形或者呈圆柱体形，由此，可便于与其他电器进行快速集成。

如图1、图2所示，根据本发明的一个实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，进一步包括控制器(未示出)，控制器一端与成像元件40连接，另一端适于与待集成的电器(未示出)连接。需要说明的是，控制器也可以直接集成在大集成的电器(第三方设备)上，以便于第三方设备集成嵌入，例如，冰箱的主控电路中可以加入控制器的控制电路。由此，可以实现微型光谱传感器100与电器的快速集成。

根据本发明的一个实施例，光学滤光器20可以为法布里-珀罗(FP)共振器、级联FP共振器或干涉滤光器。进一步地，成像元件40为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。根据本发明的一个实施例，聚焦元件30为傅里叶变换聚焦元件。根据本发明的一个实施例，连接接口50包括软排线、OTG502接口、USB503接口中的至少一种。由此，便于集成电路连接的软排线，便于计算设备与可快速集成的微型光谱传感器100连接。

如图3所示，根据本发明的一个实施例，可快速集成的微型光谱传感器100进一步包括设在壳体10内的凹面镜60，凹面镜60与光阑11和光学滤光器20分别相对，以将由光阑11进入壳体10内的光线反射到光学滤光器20上。由此，可以实现光谱检测。

如图4所示，根据本发明的一个实施例的可快速集成的微型光谱传感器100，进一步包括集成测试模块70，集成测试模块70与连接接口50连接，且包括：显示器71、测试光源72以及传输接口73。具体地，测试光源72与光阑11相对，传输接口73用于向外传输微型光谱传感器100的光谱信息。由此，通过集成测试模块70，可以便于测试光谱仪数据传入，方便开发人员进行开发调试。

相关技术中，光谱传感器的入射光需要经过凹面镜的反射或是基于凹面光栅实现分光和传递，致使光谱传感器外形尺寸过大，技术复杂成本高昂。

如图1-3所示，根据本发明的一个实施例，聚焦元件30可以为傅立叶变换聚焦元件，其可以为平凸透镜，其定向成使得凸面面向光学滤光器20。由于采用全新的色散分光光学设计，拥有体积小巧、易于集成的优势

需要说明的是，光学滤光器20可为本领域中已知的任何类型。合适的光学滤光器20的非限制性示例包括法布里一泊罗(FP)共振器、级联FP共振器和干涉滤光器。可以使用具有在通带之外的宽阻挡范围的窄带通滤光器。在优选实施方式中，光学滤光器20的中心波长随着射在其上的光的入射角而变化。

成像元件40可为本领域中已知的能够检测相关的波长范围内任何类型的光。根据获得的光谱和被测试样品的特性，本发明所公开的微型光谱传感器100可在从UV到工R范围内使用。

可快速集成的微型光谱传感器100的工作原理如下。入射光经光阑11入射进入微型光谱传感器100。则穿过光学滤光器20的光在穿过光学滤光器20之后被角度编码；傅立叶变换聚焦元件30对经角度编码的光进行空间傅立叶变换，从而将其变换为空间编码光谱。也就是成像系统所记录的函数的光强与对应于该位置的光的波长下的强度相关。微型光谱传感器100所得光谱数据通过连接接口50(三种备选：便于集成电路连接的软排线，便于计算设备连接的OTG502或USB503接口)与终端(三种备选：控制器，移动设备(需要驱动或API)或PC903(需要驱动或API))进行光电信号的转换，显示检测结果。

需要说明的是，驱动和API：

针对主流计算设备(windows\mac\android\ios)开发的驱动、sdk，可以便捷读取光谱数据。

根据本发明的一个实施例，使用单一的光学滤光器20可能会限制可用于光谱仪的光谱范围。例如，如果光的入射角过大，则由于大角度下的透镜像差和检测器效率降低，系统将可能不会产生足够强度的信号。在具有更大光谱范围的实施方式中，使用实际上包括多个子滤光器的光学滤光器20，其中每个子滤光器具有不同的CWL并从而覆盖光学光谱的不同部分。根据子滤光器的数目，可扩大进入光谱仪的波长范围。在使用多个子滤光器的情况下，形成于像平面处的近似傅立叶变换(即，每个子滤光器一个)重叠，并且在检测器的任何特定像素处获得的信号通常是由不同的傅立叶变换的混合所产生的。

可以理解的是，集成测试模块70用于测试传感器的可用性，主要包含显示屏71，测试光源72，测试开关按钮74，数据传输按钮75。传输接口76。

把的微型光谱传感器100接在集成测试模块70上，打开测试开关按钮74，测试光源72照射到微型光谱传感器100，得到的测试光谱数据显示在显示屏71上，数据传输按钮75，数据可通过数据传输按钮75输出到外接设备上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上设有适于光线通过的光阑；

光学滤光器，所述光学滤光器设在所述壳体内，并邻近所述光阑，用于接收由所述光阑进入的光线；

聚焦元件，所述聚焦元件设在所述壳体内，且所述聚焦元件位于所述光学滤光器的后方，以接收经过所述光学滤光器后的光线；

成像元件，所述成像元件设在所述壳体内，且位于所述聚焦元件的后方，以接收经过所述聚焦元件后的光线；以及

连接接口，所述连接接口设在所述壳体上并与所述成像元件连接。

2.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，进一步包括控制器，控制器一端与成像元件连接，另一端适于与待集成的电器连接。

3.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述光学滤光器为法布里-珀罗(FP)共振器、级联FP共振器或干涉滤光器。

4.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述成像元件为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。

5.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述聚焦元件为傅里叶变换聚焦元件。

6.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，进一步包括设在所述壳体内的凹面镜，所述凹面镜与所述光阑和所述光学滤光器分别相对，以将由所述光阑进入所述壳体内的光线反射到所述光学滤光器上。

7.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述连接接口包括软排线、OTG502接口、USB503接口中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述壳体整体呈立方体形。

9.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，所述壳体整体呈圆柱体形。

10.根据权利要求1所述的可快速集成的微型光谱传感器，其特征在于，进一步包括集成测试模块，所述集成测试模块与所述连接接口连接，且包括：

显示器；

测试光源，所述测试光源与所述光阑相对；以及

传输接口，所述传输接口用于向外传输所述微型光谱传感器的光谱信息。