基于cmos圖像傳感器的多通道光纖光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，由CMOS圖像傳感模組、棱鏡、狹縫模組、聚焦透鏡模組、引導(dǎo)光纖和探頭組成；所述的探頭通過所述的引導(dǎo)光纖與所述的聚焦透鏡模組連接，所述的狹縫模組放置在所述的聚焦透鏡模組的焦平面上，所述的棱鏡放置在所述的狹縫模組和所述的CMOS圖像傳感模組之間；所述的CMOS圖像傳感模組由CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)傳輸板組成；所述的CMOS圖像傳感模組通過外接USB傳輸線向計(jì)算機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多通道光譜曲線，再通過顯示數(shù)據(jù)線在顯示器上同時(shí)顯示多通道光譜曲線。本實(shí)用新型利用CMOS圖像傳感器的平面感知和快速的幀傳輸能力，結(jié)合光學(xué)模組的集成制造技術(shù)，可使光譜儀不僅具備多通道、速度快等特性，而且體積更小、成本更低，適合規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]物質(zhì)的光譜特性包含了物質(zhì)豐富的內(nèi)在信息。光譜法是一種非接觸、免試劑、快速的測(cè)試方法，得到許多行業(yè)測(cè)試人員的青睞?？梢?近紅外光譜儀大多是基于硅的光電效應(yīng)，因此比較容易制造和推廣應(yīng)用。目前，一臺(tái)常規(guī)的光譜儀同時(shí)只能測(cè)試一個(gè)樣品。在有些需要多點(diǎn)同時(shí)測(cè)試的場(chǎng)合，依靠一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)分時(shí)測(cè)試，往往會(huì)帶來時(shí)間不同步問題。現(xiàn)在的解決方法是采用高光譜成像儀，但這種科研級(jí)的儀器不僅價(jià)格高，而且由于數(shù)據(jù)量巨大導(dǎo)致實(shí)時(shí)性受限。如何構(gòu)建多通道、實(shí)時(shí)性高、成本低的光譜采集裝置對(duì)執(zhí)行一些特殊任務(wù)是非常必要的。
[0003]CMOS圖像傳感器可做成陣列形式，單一像素對(duì)可見和近紅外光具有較高的靈敏度。同時(shí)，由于CMOS圖像傳感器的芯片化工藝非常成熟，非常適合小型低成本儀器的開發(fā)。因此，利用CMOS圖像傳感器開發(fā)多通道、實(shí)時(shí)性高、成本低的光譜采集裝置是可行的。但目前,還未見相應(yīng)文獻(xiàn)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)光譜儀多點(diǎn)同步測(cè)試的實(shí)際需求，本實(shí)用新型提供一種基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀。
[0005]本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案是:基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，由CMOS圖像傳感模組、棱鏡、狹縫模組、聚焦透鏡模組、引導(dǎo)光纖和探頭組成；所述的探頭通過所述的引導(dǎo)光纖與所述的聚焦透鏡模組連接，所述的狹縫模組放置在所述的聚焦透鏡模組的焦平面上，所述的棱鏡放置在所述的狹縫模組和所述的CMOS圖像傳感模組之間。
[0006]進(jìn)一步，所述的CMOS圖像傳感模組由CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)傳輸板組成，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片安裝在所述的數(shù)據(jù)傳輸板上，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片的表面感光區(qū)域縱向分成若干個(gè)長(zhǎng)方形小區(qū)域，小區(qū)域的個(gè)數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0007]進(jìn)一步，所述的棱鏡長(zhǎng)度與所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片的表面感光區(qū)域的縱向尺寸一致。
[0008]進(jìn)一步，所述的狹縫模組縱向排列若干個(gè)狹縫，狹縫數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0009]進(jìn)一步，所述的聚焦透鏡模組縱向排列若干個(gè)聚焦透鏡，聚焦透鏡數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0010]進(jìn)一步，所述的CMOS圖像傳感模組通過外接USB傳輸線向計(jì)算機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多通道光譜曲線，再通過顯示數(shù)據(jù)線在顯示器上同時(shí)顯示多通道光譜曲線。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在:利用CMOS圖像傳感器的平面感知和快速的幀傳輸能力，結(jié)合光學(xué)模組的集成制造技術(shù)，可使光譜儀不僅具備多通道、速度快等特性，而且體積更小、成本更低，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成示意圖。
[0013]圖中標(biāo)注為:CM0S圖像傳感模組I ;數(shù)據(jù)處理板11 ；CM0S陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12 ;長(zhǎng)方形感光區(qū)域13 ;分光投射線14 ;分光棱鏡2 ;狹縫模組3 ;狹縫4 ;聚焦透鏡模組5 ;聚焦透鏡6 ;引導(dǎo)光纖7 ;探頭8 ;計(jì)算機(jī)91 ；USB傳輸線92 ;顯示數(shù)據(jù)線93 ;顯示屏94 ;光譜曲線95 ;棱鏡入射光LI ;棱鏡出射光L2。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0015]參照?qǐng)D1，本實(shí)施例采用的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，由CMOS圖像傳感模組1、棱鏡2、狹縫模組3、聚焦透鏡模組5、引導(dǎo)光纖7和探頭8組成；所述的探頭8通過所述的引導(dǎo)光纖7與所述的聚焦透鏡模組5連接，所述的狹縫模組3放置在所述的聚焦透鏡模組5的焦平面上，所述的棱鏡2放置在所述的狹縫模組3和所述的CMOS圖像傳感模組I之間。
[0016]進(jìn)一步，所述的CMOS圖像傳感模組I由CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12和數(shù)據(jù)傳輸板11組成，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12安裝在所述的數(shù)據(jù)傳輸板11上，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12的表面感光區(qū)域縱向分成若干個(gè)長(zhǎng)方形小區(qū)域13，小區(qū)域的個(gè)數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0017]進(jìn)一步，所述的棱鏡2高度與所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12的表面感光區(qū)域的縱向尺寸一致。
[0018]進(jìn)一步，所述的狹縫模組3縱向排列若干個(gè)狹縫4，狹縫數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0019]進(jìn)一步，所述的聚焦透鏡模組5縱向排列若干個(gè)聚焦透鏡6，聚焦透鏡數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
[0020]進(jìn)一步，所述的CMOS圖像傳感模組I通過外接USB傳輸線92向計(jì)算機(jī)91輸出圖像數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多通道光譜曲線，再通過顯示數(shù)據(jù)線93在顯示器95上同時(shí)顯示多通道光譜曲線95。
[0021]本實(shí)施例的工作原理如下:儀器測(cè)試前，將各個(gè)探頭放置在多個(gè)需要測(cè)試的位置點(diǎn)，光源可由太陽(yáng)光或人工光源提供。探頭8獲取待測(cè)光，經(jīng)引導(dǎo)光纖7傳導(dǎo)到聚焦透鏡6，聚焦透鏡6將光纖聚焦到放置在其焦平面上的狹縫4上，狹縫寬度大小可對(duì)入射光能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，入射光LI是復(fù)合光，經(jīng)棱鏡折射后分光，出射光L2在CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片12的長(zhǎng)方形感光區(qū)域13上形成一條分光投射線14，其對(duì)應(yīng)一個(gè)通道的光譜原始數(shù)據(jù)。CMOS圖像感應(yīng)模組I上所有通道的光譜數(shù)據(jù)通過USB傳輸線92以圖像幀傳輸方式上傳到計(jì)算機(jī)91上，由計(jì)算機(jī)軟件將幀圖像轉(zhuǎn)換成多通道光譜曲線。轉(zhuǎn)換方式為:先將幀圖像縱向區(qū)分出每個(gè)通道對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)，再對(duì)每個(gè)通道所在區(qū)域的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，處理又分兩步:先設(shè)置閾值，保留灰度值超過閾值的像素點(diǎn)；再將像素點(diǎn)縱向取平均值，最后得到橫向一維灰度分布，該灰度分布對(duì)應(yīng)所在通道的光譜曲線。通過顯示數(shù)據(jù)線93在顯示器95上可同時(shí)顯示多通道光譜曲線95。
[0022]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，由CMOS圖像傳感模組、棱鏡、狹縫模組、聚焦透鏡模組、引導(dǎo)光纖和探頭組成；所述的探頭通過所述的引導(dǎo)光纖與所述的聚焦透鏡模組連接，所述的狹縫模組放置在所述的聚焦透鏡模組的焦平面上，所述的棱鏡放置在所述的狹縫模組和所述的CMOS圖像傳感模組之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，所述的CMOS圖像傳感模組由CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)傳輸板組成，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片安裝在所述的數(shù)據(jù)傳輸板上，所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片的表面感光區(qū)域縱向分成若干個(gè)長(zhǎng)方形小區(qū)域，小區(qū)域的個(gè)數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，所述的棱鏡長(zhǎng)度與所述的CMOS陣列光電轉(zhuǎn)換芯片的表面感光區(qū)域的縱向尺寸一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，所述的狹縫模組縱向排列若干個(gè)狹縫，狹縫數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，所述的聚焦透鏡模組縱向排列若干個(gè)聚焦透鏡，聚焦透鏡數(shù)等同于所述的探頭通道數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS圖像傳感器的多通道光纖光譜儀，其特征在于，所述的CMOS圖像傳感模組通過外接USB傳輸線向計(jì)算機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/27GK204214770SQ201420638319
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
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