CN207300889U - 一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 - Google Patents
一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207300889U CN207300889U CN201621242440.9U CN201621242440U CN207300889U CN 207300889 U CN207300889 U CN 207300889U CN 201621242440 U CN201621242440 U CN 201621242440U CN 207300889 U CN207300889 U CN 207300889U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cmos detector
- raman
- raman spectrometer
- inexpensive
- spectrometer based
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，依次包括：拉曼光谱探头、传导光纤、狭缝、准直光学系统、光栅、成像光学系统、CMOS探测器。所述拉曼光谱探头包括相互平行的激光通道和拉曼散射搜集通道，所述激光通道内由后向前依次设置入射光纤、准直透镜、滤光片、前面反射二向色镜、聚集准直透镜；所述拉曼散射搜集通道内由后往前依次分别设置有采集光纤、光纤耦合透镜、高通激光滤波片、聚焦准直透镜；所述光纤耦合透镜的输出侧焦点对应于所述传导光纤的一端。本实用新型的优点包括：成本低、单片集成度高、功耗低、读取速度快。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在光学测量检测领域，尤其涉及一种基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪。
背景技术
拉曼光谱技术的背景介绍：拉曼光谱的简介：拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱技术以其灵敏性、快速性以及操作方便等优点，在非侵入式检测领域得到了快速发展和广泛应用。
当一束单色光入射在固、液或气态介质上时，从介质中有散射光向四面八方射出。散射光中较强的是瑞利散射，其频率与入射光频率相同，其强度和数量级约为入射光强10-4～10-3.除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率与入射光频率相比有明显的变化，其强度数量级约为瑞利散射的10-8～10-6，故拉曼散射的信号非常微弱，对拉曼信号的探测需要灵敏度极高的图像传感器。
图像传感器的分类有两种：1.CCD图像传感器，2.CMOS图像传感器；拉曼光谱仪通常使用CCD图像传感器以追求较高的信噪比。
感光耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)是摄像系统中可记录光线变化的半导体，CCD的结构就象一排排输送带上并排放满了小桶，光线就象雨滴撒入各个小桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是按一定的顺序测量一下某一短暂的时间间隔中，小桶中落进了多少“光滴”，并记在文件中。
应用CCD图像传感器的拉曼光谱系统具有如下问题或缺陷：(1)成本高，需要特殊定制的专用机台进行制作，且线路质量严重影响成品率，增加了拉曼光谱仪的成本；(2)单片集成度低，外围电路结构简单，模块体积大、重量重，像素尺寸和阵列规模受限，不利于拉曼光谱仪的小型化和集成化；(3)耗大，增加了整体设备的功耗，不利于便携式或手持式拉曼光谱仪的续航；(4)读取速度慢，通常采用逐行扫描模式。
实用新型内容
针对现有技术中使中用CCD图像传感器的上述缺点，本实用新型提供了一种基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪。
本实用新型提供的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，依次包括：拉曼光谱探头、传导光纤、狭缝、准直光学系统、光栅、成像光学系统、CMOS探测器。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述拉曼光谱探头包括相互平行的激光通道和拉曼散射搜集通道，所述激光通道内由后向前依次设置入射光纤、准直透镜、滤光片、前面反射二向色镜、聚集准直透镜；所述拉曼散射搜集通道内由后往前依次分别设置有采集光纤、光纤耦合透镜、高通激光滤波片、聚焦准直透镜；所述光纤耦合透镜的输出侧焦点对应于所述传导光纤的一端。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述传导光纤包括多根子光纤，所有所述子光纤按照所述狭缝的截面形状呈线形紧密排列。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述狭缝的宽度为25微米，长度为3毫米。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述准直光学系统为反射式或透射式光学系统。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述光栅的规格为300～1800线每毫米。
上述基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪还具有以下特点：
所述CMOS探测器的尺寸为1/2寸、显示规格为1280×720像素、像素尺寸为5.5微米×5.5微米。
在拉曼光谱系统中，应用CMOS图像传感器与CCD图像传感器相比具有以下明显的优势：
(1)成本低，可使用与制造半导体器件90％的相同基本技术和工艺，且成品率高，有利于降低拉曼光谱仪的成本；
(2)单片集成度高，可以获得更大规模的阵列和更小的像素尺寸，外围电路结构简单，有利于增加拉曼光谱仪的波长检测范围和提高光谱分辨率，模块体积小、重量轻，有利于拉曼光谱仪设备的小型化；
(3)功耗低，有利于降低整体设备的功耗；
(4)读取速度快，读取方式灵活，可提高拉曼光谱仪的采样速度。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是实施例中基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪的结构图。
图2是使用本实用新型的拉曼光谱仪的CMOS探测器所采集的某样品的拉曼光谱二维图像；
图3是将CMOS面阵探测器输出的图像转换的拉曼光谱曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
为了解决现有技术中使用CCD图像传感器的各个缺点，为了降低成本，本实用新型中采用互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感。CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，主要利用了半导体的光电效应，每个CMOS单元都可以看作是一个光电二极管。无数个CMOS单元加上处理线路构成CMOS图像传感器。
图1是实施例中基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪的结构图，参考图1，基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪依次包括：拉曼光谱探头、传导光纤、狭缝、准直光学系统、光栅、成像光学系统、CMOS探测器。
其中，拉曼光谱探头包括相互平行的激光通道和拉曼散射搜集通道，所述激光通道内由后向前依次设置入射光纤、准直透镜、滤光片、前面反射二向色镜、聚集准直透镜；所述拉曼散射搜集通道内由后往前依次分别设置有采集光纤、光纤耦合透镜、高通激光滤波片、聚焦准直透镜；所述光纤耦合透镜的输出侧焦点对应于所述传导光纤的一端。
传导光纤包括多根子光纤，所有子光纤按照所述狭缝的截面形状呈线形紧密排列。
狭缝的宽度为25微米，长度为3毫米。在其它实现方式中可更换其他尺寸的狭缝或小孔。
准直光学系统为反射式或透射式光学系统。
光栅的规格为300～1800线每毫米。
CMOS探测器选用机器视觉领域常用规格，CMOS探测器的尺寸为1/2寸、显示规格为1280×720像素、像素尺寸为5.5微米×5.5微米，根据不同的光路参数可选其他匹配规格的CMOS探测器。
图2是使用本实用新型的拉曼光谱仪的CMOS探测器所采集的某样品的 拉曼光谱二维图像；图3是将CMOS面阵探测器输出的图像转换的拉曼光谱曲线图。
在拉曼光谱系统中，应用CMOS图像传感器与CCD图像传感器相比具有以下明显的优势：
(1)成本低，可使用与制造半导体器件90％的相同基本技术和工艺，且成品率高，有利于降低拉曼光谱仪的成本；
(2)单片集成度高，可以获得更大规模的阵列和更小的像素尺寸，外围电路结构简单，有利于增加拉曼光谱仪的波长检测范围和提高光谱分辨率，模块体积小、重量轻，有利于拉曼光谱仪设备的小型化；
(3)功耗低，有利于降低整体设备的功耗；
(4)读取速度快，读取方式灵活，可提高拉曼光谱仪的采样速度。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本实用新型的保护范围之内。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，依次包括：拉曼光谱探头、传导光纤、狭缝、准直光学系统、光栅、成像光学系统、CMOS探测器。
2.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述拉曼光谱探头包括相互平行的激光通道和拉曼散射搜集通道，所述激光通道内由后向前依次设置入射光纤、准直透镜、滤光片、前面反射二向色镜、聚集准直透镜；所述拉曼散射搜集通道内由后往前依次分别设置有采集光纤、光纤耦合透镜、高通激光滤波片、聚焦准直透镜；所述光纤耦合透镜的输出侧焦点对应于所述传导光纤的一端。
3.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述传导光纤包括多根子光纤，所有所述子光纤按照所述狭缝的截面形状呈线形紧密排列。
4.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述狭缝的宽度为25微米，长度为3毫米。
5.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述准直光学系统为反射式或透射式光学系统。
6.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述光栅的规格为300～1800线每毫米。
7.如权利要求1所述的基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪，其特征在于，所述CMOS探测器的尺寸为1/2寸、显示规格为1280×720像素、像素尺寸为5.5微米×5.5微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621242440.9U CN207300889U (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621242440.9U CN207300889U (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207300889U true CN207300889U (zh) | 2018-05-01 |
Family
ID=62270159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621242440.9U Active CN207300889U (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207300889U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110108357A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 哈尔滨理工大学 | 便携式宽波段微型连续光谱测量仪 |
| CN111257301A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-09 | 北京青木子科技发展有限公司 | 一种基于低成本制冷型cmos探测器的拉曼光谱仪系统 |
-
2016
- 2016-11-15 CN CN201621242440.9U patent/CN207300889U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110108357A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 哈尔滨理工大学 | 便携式宽波段微型连续光谱测量仪 |
| CN111257301A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-09 | 北京青木子科技发展有限公司 | 一种基于低成本制冷型cmos探测器的拉曼光谱仪系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10794764B2 (en) | Double-channel miniaturized Raman spectrometer | |
| Chase | A new generation of Raman instrumentation | |
| CN100437020C (zh) | 多波长成像光谱仪的方法和装置 | |
| US10760971B2 (en) | Optical interference device | |
| CN104422681A (zh) | 一种拉曼光谱仪 | |
| CN102590156B (zh) | 一种原位集成多光谱测量系统及检测方法 | |
| CN101923052B (zh) | 基于滤波结构分光的红外光谱式mems气敏传感器 | |
| CN100468045C (zh) | 光栅光谱仪 | |
| CN207300889U (zh) | 一种基于cmos探测器的低成本拉曼光谱仪 | |
| CN106896095A (zh) | 复合表面等离子体共振及表面增强拉曼的显微成像技术 | |
| CN102495040B (zh) | 一种采用阵列波导光栅的拉曼光谱仪芯片 | |
| CN104964964A (zh) | 一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪 | |
| Cullum et al. | Development of a compact, handheld Raman instrument with no moving parts for use in field analysis | |
| CN113804671A (zh) | 一种高灵敏度拉曼光谱探测系统 | |
| CN101943603A (zh) | 一种基于电荷耦合器件的太阳能光谱辐射测量仪 | |
| CN102410998A (zh) | 激光光散射-拉曼光谱联用装置 | |
| CN103776534A (zh) | 一种面阵ccd棱镜光谱仪及其时空累加数据处理方法 | |
| CN113906274B (zh) | 拉曼光谱测量系统的方法、系统、和装置 | |
| CN202869653U (zh) | 一种基于衍射孔阵列的微型光谱仪 | |
| CN206177461U (zh) | 一种小型拉曼光谱仪 | |
| CN207600950U (zh) | 一种基于制冷型背照式ccd的手持式拉曼光谱仪 | |
| CN110376180A (zh) | 一种基于led光源的高光谱分辨率的拉曼测量系统及方法 | |
| CN115855252A (zh) | 一种单光子灵敏度超快光谱测量及光谱成像装置及方法 | |
| CN111458028B (zh) | 一种手机载内置式芯片光谱仪模块 | |
| CN112782149A (zh) | 一种多功能拉曼光谱仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |