CN204214770U - 基于cmos图像传感器的多通道光纤光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，由CMOS图像传感模组、棱镜、狭缝模组、聚焦透镜模组、引导光纤和探头组成；所述的探头通过所述的引导光纤与所述的聚焦透镜模组连接，所述的狭缝模组放置在所述的聚焦透镜模组的焦平面上，所述的棱镜放置在所述的狭缝模组和所述的CMOS图像传感模组之间；所述的CMOS图像传感模组由CMOS阵列光电转换芯片和数据传输板组成；所述的CMOS图像传感模组通过外接USB传输线向计算机输出图像数据，由计算机软件将图像数据转换成多通道光谱曲线，再通过显示数据线在显示器上同时显示多通道光谱曲线。本实用新型利用CMOS图像传感器的平面感知和快速的帧传输能力，结合光学模组的集成制造技术，可使光谱仪不仅具备多通道、速度快等特性，而且体积更小、成本更低，适合规模化生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱技术领域，尤其涉及一种基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪。
背景技术
物质的光谱特性包含了物质丰富的内在信息。光谱法是一种非接触、免试剂、快速的测试方法，得到许多行业测试人员的青睐。可见/近红外光谱仪大多是基于硅的光电效应，因此比较容易制造和推广应用。目前，一台常规的光谱仪同时只能测试一个样品。在有些需要多点同时测试的场合，依靠一个点一个点分时测试，往往会带来时间不同步问题。现在的解决方法是采用高光谱成像仪，但这种科研级的仪器不仅价格高，而且由于数据量巨大导致实时性受限。如何构建多通道、实时性高、成本低的光谱采集装置对执行一些特殊任务是非常必要的。
CMOS图像传感器可做成阵列形式，单一像素对可见和近红外光具有较高的灵敏度。同时，由于CMOS图像传感器的芯片化工艺非常成熟，非常适合小型低成本仪器的开发。因此，利用CMOS图像传感器开发多通道、实时性高、成本低的光谱采集装置是可行的。但目前，还未见相应文献报道。
发明内容
针对光谱仪多点同步测试的实际需求，本实用新型提供一种基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪。
本实用新型所述的技术方案是：基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，由CMOS图像传感模组、棱镜、狭缝模组、聚焦透镜模组、引导光纤和探头组成；所述的探头通过所述的引导光纤与所述的聚焦透镜模组连接，所述的狭缝模组放置在所述的聚焦透镜模组的焦平面上，所述的棱镜放置在所述的狭缝模组和所述的CMOS图像传感模组之间。
进一步，所述的CMOS图像传感模组由CMOS阵列光电转换芯片和数据传输板组成，所述的CMOS阵列光电转换芯片安装在所述的数据传输板上，所述的CMOS阵列光电转换芯片的表面感光区域纵向分成若干个长方形小区域，小区域的个数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的棱镜长度与所述的CMOS阵列光电转换芯片的表面感光区域的纵向尺寸一致。
进一步，所述的狭缝模组纵向排列若干个狭缝，狭缝数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的聚焦透镜模组纵向排列若干个聚焦透镜，聚焦透镜数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的CMOS图像传感模组通过外接USB传输线向计算机输出图像数据，由计算机软件将图像数据转换成多通道光谱曲线，再通过显示数据线在显示器上同时显示多通道光谱曲线。
本实用新型的有益效果体现在：利用CMOS图像传感器的平面感知和快速的帧传输能力，结合光学模组的集成制造技术，可使光谱仪不仅具备多通道、速度快等特性，而且体积更小、成本更低，适合规模化生产。
附图说明
图1是本实用新型的系统组成示意图。
图中标注为：CMOS图像传感模组1；数据处理板11；CMOS阵列光电转换芯片12；长方形感光区域13；分光投射线14；分光棱镜2；狭缝模组3；狭缝4；聚焦透镜模组5；聚焦透镜6；引导光纤7；探头8；计算机91；USB传输线92；显示数据线93；显示屏94；光谱曲线95；棱镜入射光L1；棱镜出射光L2。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步说明。
参照图1，本实施例采用的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，由CMOS图像传感模组1、棱镜2、狭缝模组3、聚焦透镜模组5、引导光纤7和探头8组成；所述的探头8通过所述的引导光纤7与所述的聚焦透镜模组5连接，所述的狭缝模组3放置在所述的聚焦透镜模组5的焦平面上，所述的棱镜2放置在所述的狭缝模组3和所述的CMOS图像传感模组1之间。
进一步，所述的CMOS图像传感模组1由CMOS阵列光电转换芯片12和数据传输板11组成，所述的CMOS阵列光电转换芯片12安装在所述的数据传输板11上，所述的CMOS阵列光电转换芯片12的表面感光区域纵向分成若干个长方形小区域13，小区域的个数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的棱镜2高度与所述的CMOS阵列光电转换芯片12的表面感光区域的纵向尺寸一致。
进一步，所述的狭缝模组3纵向排列若干个狭缝4，狭缝数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的聚焦透镜模组5纵向排列若干个聚焦透镜6，聚焦透镜数等同于所述的探头通道数。
进一步，所述的CMOS图像传感模组1通过外接USB传输线92向计算机91输出图像数据，由计算机软件将图像数据转换成多通道光谱曲线，再通过显示数据线93在显示器95上同时显示多通道光谱曲线95。
本实施例的工作原理如下：仪器测试前，将各个探头放置在多个需要测试的位置点，光源可由太阳光或人工光源提供。探头8获取待测光，经引导光纤7传导到聚焦透镜6，聚焦透镜6将光纤聚焦到放置在其焦平面上的狭缝4上，狭缝宽度大小可对入射光能量进行调节，入射光L1是复合光，经棱镜折射后分光，出射光L2在CMOS阵列光电转换芯片12的长方形感光区域13上形成一条分光投射线14，其对应一个通道的光谱原始数据。CMOS图像感应模组1上所有通道的光谱数据通过USB传输线92以图像帧传输方式上传到计算机91上，由计算机软件将帧图像转换成多通道光谱曲线。转换方式为：先将帧图像纵向区分出每个通道对应的光谱数据，再对每个通道所在区域的像素点进行处理，处理又分两步：先设置阈值，保留灰度值超过阈值的像素点；再将像素点纵向取平均值，最后得到横向一维灰度分布，该灰度分布对应所在通道的光谱曲线。通过显示数据线93在显示器95上可同时显示多通道光谱曲线95。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对本实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，由CMOS图像传感模组、棱镜、狭缝模组、聚焦透镜模组、引导光纤和探头组成；所述的探头通过所述的引导光纤与所述的聚焦透镜模组连接，所述的狭缝模组放置在所述的聚焦透镜模组的焦平面上，所述的棱镜放置在所述的狭缝模组和所述的CMOS图像传感模组之间。
2.根据权利要求1所述的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，所述的CMOS图像传感模组由CMOS阵列光电转换芯片和数据传输板组成，所述的CMOS阵列光电转换芯片安装在所述的数据传输板上，所述的CMOS阵列光电转换芯片的表面感光区域纵向分成若干个长方形小区域，小区域的个数等同于所述的探头通道数。
3.根据权利要求1所述的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，所述的棱镜长度与所述的CMOS阵列光电转换芯片的表面感光区域的纵向尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，所述的狭缝模组纵向排列若干个狭缝，狭缝数等同于所述的探头通道数。
5.根据权利要求1所述的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，所述的聚焦透镜模组纵向排列若干个聚焦透镜，聚焦透镜数等同于所述的探头通道数。
6.根据权利要求1所述的基于CMOS图像传感器的多通道光纤光谱仪，其特征在于，所述的CMOS图像传感模组通过外接USB传输线向计算机输出图像数据。
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