CN106706523A - 基于上转换材料的近红外光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于上转换材料的近红外光谱仪，包括：照明光源、分光装置、可将近红外光转换为可见光的上转换材料、充电光源、及成像装置，其中，当照明光源发出的光照射到待测样品上时，待测样品对接收的光束进行反射，反射光经由分光装置按波长进行空间展开后，照射到上转换材料上，以便上转换材料在经过充电光源充电后发出可见光，成像装置接收到可见光后，根据光电信号生成待测样品的光谱曲线。本发明结构简单、紧凑、成本低廉，利用上转换材料将难以探测的红外光转化为易探测的可见光，实现光谱信息的记录，从而降低光谱信息探测成本，提高获取效率。
Description
技术领域
本发明涉及光谱仪技术领域，特别涉及一种基于上转换材料的近红外光谱仪。
背景技术
随着信息维度的扩大，光谱仪作为光谱维度信息采集的重要仪器，在食品安全检测、环境测量、生化分析、木材鉴别等领域发挥着重要的作用。光谱仪由以分光棱镜或衍射光栅为核心器件，透镜、反射镜作为辅助成像元件组成。由于近红外谱段存在大量生物化学特异性信息，在该谱段工作的光谱仪的研究成为近些年光谱领域的发展重点。传统线阵型近红外探测器，使用稳定的C-T结构，能够达到准确、稳定的光谱结果。但其线阵探测器的价格高居不下，是大多使用者望而却步。有些工程师选择在光谱仪的光路上进行优化，用单点红外探测器完成红外光谱的采集，但其时间分辨率不高。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于上转换材料的近红外光谱仪，该近红外光谱仪结构简单、紧凑、成本低廉，利用上转换材料将难以探测的红外光转化为易探测的可见光，实现光谱信息的记录，从而降低光谱信息探测成本，提高获取效率。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种基于上转换材料的近红外光谱仪，包括：照明光源、分光装置、可将近红外光转换为可见光的上转换材料、充电光源、及成像装置，其中，当所述照明光源发出的光照射到待测样品上时，所述待测样品对接收的光束进行反射，反射光经由所述分光装置按波长进行空间展开后，照射到所述上转换材料上，以便所述上转换材料在经过所述充电光源充电后发出可见光，所述成像装置接收到所述可见光后，根据光电信号生成所述待测样品的光谱曲线。
另外，根据本发明上述实施例的基于上转换材料的近红外光谱仪还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述分光装置包括：一个准直透镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜。
在一些示例中，所述分装装置包括：一个反射镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜。
在一些示例中，所述分装装置包括：两个反射镜和一个反射光栅。
在一些示例中，所述照明光源为在红外波段有能量的光源。
在一些示例中，所述上转换材料在充电后，将近红外光转换为所述可见光。
在一些示例中，所述充电光源通过辐射可见光能量，以对所述上转换材料充电。
在一些示例中，所述照明光源为LED光源或卤钨灯泡。
在一些示例中，所述成像装置为摄像头。
根据本发明实施例的基于上转换材料的近红外光谱仪，利用可见光相机配合上转换材料完成近红外探测器相同精度的光谱信息测量，同时降低采集成本，对光谱采集方式多样性研究带来指导意义。另外，利用材料发光性质，使高空间分辨率的近红外光无缝转移到高空间分辨率的可见光探测器上，同时可以保证时间分辨率，使得该采集方式在近红外光谱探测应用领域发挥巨大作用。即，该近红外光谱仪结构简单、紧凑、成本低廉，利用上转换材料将难以探测的红外光转化为易探测的可见光，实现光谱信息的记录，从而降低光谱信息探测成本，提高获取效率。
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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1根据本发明实施例的基于上转换材料的近红外光谱仪的结构及光路示意图。
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，仅用于解释本发明，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”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。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发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的快速三维显微成像系统。
图1是根据本发明一个实施例的基于上转换材料的近红外光谱仪的结构及光路示意图。如图1所示，该基于上转换材料的近红外光谱仪包括：照明光源100、分光装置200、可将近红外光转换为可见光的上转换材料300、充电光源400、及成像装置500。
其中，当照明光源100发出的光照射到待测样品上时，待测样品对接收的光束进行反射，反射光经由分光装置200按波长进行空间展开后，照射到上转换材料300上，以便上转换材料300在经过充电光源400充电后发出可见光，成像装置500接收到可见光后，根据光电信号生成待测样品的光谱曲线。其中，经充电的上转换材料300接收分光后的各单色光，即可激发出可见光。
在本发明的一个实施例中，分光装置200例如由一个准直透镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜构成。
在本发明的一个实施例中，分装装置200也可以由一个反射镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜构成。
在本发明的一个实施例中，分装装置200也可以由两个反射镜和一个反射光栅构成。
也就是说，分光装置200由准直、分光、汇聚三部分构成，其中准直和汇聚均可用透镜或反射镜，分光可由光栅或棱镜实现，其中，光栅为反射光栅。
在本发明的一个实施例中，上述的照明光源100例如为在红外波段有能量的光源。更为具体地，照明光源100例如为LED光源或卤钨灯泡。
在本发明的一个实施例中，上转换材料300例如为上转换板，其在充电完成后的条件下，将近红外光转换为可见光。具体地说，由光栅分光并由透镜进行汇聚后的按照波长进行空间分布的近红外光照射在上转换材料300上，该上转换材料300在收到近红外光照射后激发出可见光。
需要说明的是，上转换材料300需在特定光照条件下充电，粒子跃迁到较高能级，在近红外光的照射下，粒子跃迁到更高能级，随后粒子跃迁到低能级，激发出可见光。
在本发明的一个实施例中，充电光源400通过辐射可见光能量，以对上转换材料300充电。
在本发明的一个实施例中，成像装置500例如为摄像头。在具体示例中，成像装置500例如为手机、平板电脑或相机等设备的摄像头。
在具体实施例中，在使用该系统之前，需进行波长标定工作，以确保所采集光谱曲线准确，稳定。
综上，该基于上转换材料的近红外光谱仪的主要实现原理可概述为：在探测器上进行优化，鉴于普通可见光探测器是廉价且易获取的，所以，使用上转换材料将近红外光转换为可见光，由可见光探测器接收，即可同样完成对红外光光谱的探测。实现了高时间分辨率，高空间分辨率，稳定，准确，低成本的近红外光谱信息的采集。
根据本发明实施例的基于上转换材料的近红外光谱仪，利用可见光相机配合上转换材料完成近红外探测器相同精度的光谱信息测量，同时降低采集成本，对光谱采集方式多样性研究带来指导意义。另外，利用材料发光性质，使高空间分辨率的近红外光无缝转移到高空间分辨率的可见光探测器上，同时可以保证时间分辨率，使得该采集方式在近红外光谱探测应用领域发挥巨大作用。即，该近红外光谱仪结构简单、紧凑、成本低廉，利用上转换材料将难以探测的红外光转化为易探测的可见光，实现光谱信息的记录，从而降低光谱信息探测成本，提高获取效率。
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一定指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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (9)
1.一种基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，包括：照明光源、分光装置、可将近红外光转换为可见光的上转换材料、充电光源、及成像装置，其中，
当所述照明光源发出的光照射到待测样品上时，所述待测样品对接收的光束进行反射，反射光经由所述分光装置按波长进行空间展开后，照射到所述上转换材料上，以便所述上转换材料在经过所述充电光源充电后发出可见光，所述成像装置接收到所述可见光后，根据光电信号生成所述待测样品的光谱曲线。
2.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述分光装置包括：一个准直透镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜。
3.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述分装装置包括：一个反射镜、一个反射光栅和一个汇聚透镜。
4.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述分装装置包括：两个反射镜和一个反射光栅。
5.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述照明光源为在红外波段有能量的光源。
6.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述上转换材料在充电后，将近红外光转换为所述可见光。
7.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述充电光源通过辐射可见光能量，以对所述上转换材料充电。
8.根据权利要求6所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述照明光源为LED光源或卤钨灯泡。
9.根据权利要求1所述的基于上转换材料的近红外光谱仪，其特征在于，所述成像装置为摄像头。
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