（一）、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種光譜儀，特別涉及一種基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀。

（二）、

背景技術(shù)：
：

光通量和分辨率是光譜儀器的兩個(gè)重要指標(biāo)，目前，人們多采用減小入射狹縫的手段來提高光譜儀的分辨率，但是這勢必會(huì)減小整個(gè)光譜儀器系統(tǒng)的光通量?，F(xiàn)有的微型數(shù)字光譜儀多采用單點(diǎn)探測器進(jìn)行光譜的探測，這在一定程度上降低了儀器的成本，減小了儀器尺寸，但是單點(diǎn)探測器的受光面積非常小，靈敏度也不高，這勢必影響微弱信號(hào)的檢測。數(shù)字微鏡光譜儀采用具有高反射率的數(shù)字微鏡陣列結(jié)合哈達(dá)瑪技術(shù)進(jìn)行光譜的調(diào)制，以組合測量模式取代逐次掃描模式，增大了系統(tǒng)的光通量，并且一定程度上保證了數(shù)字微鏡開狀態(tài)下光譜能量的完全探測，但是，數(shù)字微鏡關(guān)狀態(tài)下的光譜能量也隨之完全損失。國外多采用雙光路系統(tǒng)，數(shù)字微鏡開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)分別采用兩個(gè)不同的探測器進(jìn)行掃描探測，這樣不僅光路系統(tǒng)復(fù)雜、難于實(shí)現(xiàn)，而且大大增加了儀器的成本。

（三）、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀，該光譜儀不僅具有較高的光通量，而且結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)成本低。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀，含有光源、準(zhǔn)直透鏡、分光器件、第一會(huì)聚透鏡、分區(qū)式數(shù)字微鏡、反射鏡、第二會(huì)聚透鏡、第三會(huì)聚透鏡和單點(diǎn)探測器；分區(qū)式數(shù)字微鏡含有兩個(gè)分別編碼調(diào)制的微鏡陣列區(qū)，該兩個(gè)微鏡陣列區(qū)分別為：第一微鏡陣列區(qū)和第二微鏡陣列區(qū)；

光源射出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后到達(dá)分光器件，第一會(huì)聚透鏡設(shè)置在分光器件的出射光路，分區(qū)式數(shù)字微鏡的第一微鏡陣列區(qū)設(shè)置在第一會(huì)聚透鏡的出射光路，第二會(huì)聚透鏡設(shè)置在第一微鏡陣列區(qū)開狀態(tài)時(shí)的出射光路，反射鏡設(shè)置在第一微鏡陣列區(qū)關(guān)狀態(tài)時(shí)的出射光路，分區(qū)式數(shù)字微鏡的第二微鏡陣列區(qū)設(shè)置在反射鏡的出射光路，第三會(huì)聚透鏡設(shè)置在第二微鏡陣列區(qū)開狀態(tài)時(shí)的出射光路，單點(diǎn)探測器同時(shí)位于第二會(huì)聚透鏡和第三會(huì)聚透鏡的焦點(diǎn)處；

準(zhǔn)直透鏡用來將光源射出的光線準(zhǔn)直成平行光；分光器件用來將準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的平行光進(jìn)行色散；第一會(huì)聚透鏡用來將色散后的平行光成像到分區(qū)式數(shù)字微鏡；分區(qū)式數(shù)字微鏡用來實(shí)現(xiàn)光路的通斷和分區(qū)編碼；第二會(huì)聚透鏡用來將第一微鏡陣列區(qū)開狀態(tài)時(shí)編碼的光線會(huì)聚到單點(diǎn)探測器；反射鏡用來將第一微鏡陣列區(qū)關(guān)狀態(tài)時(shí)編碼的光線反射到第二微鏡陣列區(qū)；第三會(huì)聚透鏡用來將第二微鏡陣列區(qū)開狀態(tài)時(shí)編碼的光線會(huì)聚到單點(diǎn)探測器。

分光器件為閃耀光柵。

光源為鹵鎢燈。

分區(qū)式數(shù)字微鏡中含有多個(gè)數(shù)字微鏡單元，通過編碼可控制數(shù)字微鏡單元發(fā)生不同角度的偏轉(zhuǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)光的開關(guān)作用。

第一微鏡陣列區(qū)和第二微鏡陣列區(qū)采用相同的哈達(dá)瑪變換矩陣進(jìn)行光譜的調(diào)制。

該高光通量光譜儀的光路原理為：光源射出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后以平行光的方式到達(dá)分光器件進(jìn)行分光，然后經(jīng)第一會(huì)聚透鏡到達(dá)第一微鏡陣列區(qū)，編碼控制第一微鏡陣列區(qū)進(jìn)行光譜調(diào)制，第一微鏡陣列區(qū)開狀態(tài)下的光信號(hào)經(jīng)第二會(huì)聚透鏡到達(dá)單點(diǎn)探測器，第一微鏡陣列區(qū)關(guān)狀態(tài)下的光經(jīng)反射鏡到達(dá)第二微鏡陣列區(qū)進(jìn)行編碼調(diào)制，調(diào)制后經(jīng)第三會(huì)聚透鏡到達(dá)單點(diǎn)探測器，從而完成光譜的探測。

哈達(dá)瑪變換技術(shù)應(yīng)用在光譜儀上時(shí)，以組合編碼調(diào)制的方式代替了逐次掃描的模式，在一定程度上提高了光譜儀的光通量，但是組合測量中，數(shù)字微鏡關(guān)狀態(tài)的下的光譜能量完全損失了；本發(fā)明通過對(duì)數(shù)字微鏡進(jìn)行分區(qū)編碼調(diào)制，由第二微鏡陣列區(qū)對(duì)第一微鏡陣列區(qū)的關(guān)狀態(tài)光譜能量進(jìn)行編碼調(diào)制，補(bǔ)償?shù)谝晃㈢R陣列區(qū)光譜能量的損失，在不增加儀器成本的情況下，達(dá)到了提高光通量的目的。第一微鏡陣列區(qū)和第二微鏡陣列區(qū)編碼調(diào)制相互獨(dú)立、互不影響，從而可以控制光譜儀具有多種工作模式，便于使用者操作；例如：可以只控制第一微鏡陣列區(qū)對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行編碼調(diào)制（稱為模式一），也可以控制第一微鏡陣列區(qū)和第二微鏡陣列區(qū)同時(shí)進(jìn)行編碼調(diào)制（稱為模式二）；模式一為常規(guī)的編碼調(diào)制模式，模式二為對(duì)模式一的關(guān)狀態(tài)進(jìn)行光通量補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，兩種模式互相獨(dú)立、互不干擾，便于比較分析；當(dāng)光譜信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，不需要采用能量補(bǔ)償方案，可采用模式一；當(dāng)光譜信號(hào)較弱時(shí)，則需要采用能量補(bǔ)償方案，可采用模式二。

實(shí)際使用該高光通量光譜儀時(shí)，可以將樣品池放置在光源和準(zhǔn)直透鏡之間，或者將樣品池放置在準(zhǔn)直透鏡和分光器件之間。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明的分區(qū)式數(shù)字微鏡含有兩個(gè)分別編碼調(diào)制的微鏡陣列區(qū)，第一微鏡陣列區(qū)完成其開狀態(tài)光譜能量的編碼調(diào)制，第二微鏡陣列區(qū)對(duì)第一微鏡陣列區(qū)的關(guān)狀態(tài)光譜能量進(jìn)行編碼調(diào)制，補(bǔ)償?shù)谝晃㈢R陣列區(qū)光譜能量的損失，第一微鏡陣列區(qū)和第二微鏡陣列區(qū)調(diào)制后的光譜能量最后都通過單點(diǎn)探測器進(jìn)行光譜探測，這樣大大提高了光譜儀的光通量，有利于光譜儀對(duì)微弱信號(hào)的檢測分析，該光譜儀可廣泛應(yīng)用于化學(xué)成分分析領(lǐng)域。

2.本發(fā)明對(duì)數(shù)字微鏡進(jìn)行分區(qū)編碼調(diào)制，然后采用同一個(gè)單點(diǎn)探測器對(duì)兩個(gè)微鏡陣列區(qū)的光譜信號(hào)進(jìn)行探測；因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，有利于實(shí)現(xiàn)光譜儀的微型化，而且還提高了數(shù)字微鏡的利用率，降低了光譜儀的生產(chǎn)成本。

3. 本發(fā)明的兩個(gè)微鏡陣列區(qū)編碼調(diào)制相互獨(dú)立、互不影響，光譜調(diào)制模式靈活可變，便于使用者操作。

（四）、附圖說明：

圖1為基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為數(shù)字微鏡單元的光開關(guān)示意圖。

（五）、具體實(shí)施方式：

參見圖1～圖2，圖中，基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀含有光源1、準(zhǔn)直透鏡2、分光器件3、第一會(huì)聚透鏡4、分區(qū)式數(shù)字微鏡5、反射鏡7、第二會(huì)聚透鏡6、第三會(huì)聚透鏡8和單點(diǎn)探測器9；分區(qū)式數(shù)字微鏡5含有兩個(gè)分別編碼調(diào)制的微鏡陣列區(qū)，該兩個(gè)微鏡陣列區(qū)分別為：第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ和第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ；

光源1射出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2后到達(dá)分光器件3，第一會(huì)聚透鏡4設(shè)置在分光器件3的出射光路，分區(qū)式數(shù)字微鏡5的第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ設(shè)置在第一會(huì)聚透鏡4的出射光路，第二會(huì)聚透鏡6設(shè)置在第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ開狀態(tài)時(shí)的出射光路，反射鏡7設(shè)置在第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ關(guān)狀態(tài)時(shí)的出射光路，分區(qū)式數(shù)字微鏡5的第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ設(shè)置在反射鏡7的出射光路，第三會(huì)聚透鏡8設(shè)置在第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ開狀態(tài)時(shí)的出射光路，單點(diǎn)探測器9同時(shí)位于第二會(huì)聚透鏡6和第三會(huì)聚透鏡8的焦點(diǎn)處；

準(zhǔn)直透鏡2用來將光源1射出的光線準(zhǔn)直成平行光；分光器3件用來將準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直的平行光進(jìn)行色散；第一會(huì)聚透鏡4用來將色散后的平行光成像到分區(qū)式數(shù)字微鏡5；分區(qū)式數(shù)字微鏡5用來實(shí)現(xiàn)光路的通斷和分區(qū)編碼；第二會(huì)聚透鏡6用來將第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ開狀態(tài)時(shí)編碼的光線會(huì)聚到單點(diǎn)探測器9；反射鏡7用來將第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ關(guān)狀態(tài)時(shí)編碼的光線反射到第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ；第三會(huì)聚透鏡8用來將第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ開狀態(tài)時(shí)編碼的光線會(huì)聚到單點(diǎn)探測器9。

分光器件3為閃耀光柵。

光源1為鹵鎢燈。

分區(qū)式數(shù)字微鏡5中含有多個(gè)數(shù)字微鏡單元10，通過編碼可控制數(shù)字微鏡單元10發(fā)生不同角度的偏轉(zhuǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)光的開關(guān)作用；圖2中，IN表示入射光，ON表示數(shù)字微鏡單元10開時(shí)的反射光，OFF表示數(shù)字微鏡單元10關(guān)時(shí)的反射光。

第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ和第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ采用相同的哈達(dá)瑪變換矩陣進(jìn)行光譜的調(diào)制。

該高光通量光譜儀的光路原理為：光源1射出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2后以平行光的方式到達(dá)分光3進(jìn)行分光，然后經(jīng)第一會(huì)聚透鏡4到達(dá)第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ，編碼控制第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ進(jìn)行光譜調(diào)制，第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ開狀態(tài)下的光信號(hào)經(jīng)第二會(huì)聚透鏡6到達(dá)單點(diǎn)探測器9，第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ關(guān)狀態(tài)下的光經(jīng)反射鏡7到達(dá)第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ進(jìn)行編碼調(diào)制，調(diào)制后經(jīng)第三會(huì)聚透鏡8到達(dá)單點(diǎn)探測器9，從而完成光譜的探測。

第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ和第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ編碼調(diào)制相互獨(dú)立、互不影響，從而可以控制光譜儀具有多種工作模式，便于使用者操作；例如：可以只控制第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行編碼調(diào)制（稱為模式一），也可以控制第一微鏡陣列區(qū)Ⅰ和第二微鏡陣列區(qū)Ⅱ同時(shí)進(jìn)行編碼調(diào)制（稱為模式二）；模式一為常規(guī)的編碼調(diào)制模式，模式二為對(duì)模式一的關(guān)狀態(tài)進(jìn)行光通量補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，兩種模式互相獨(dú)立、互不干擾，便于比較分析；當(dāng)光譜信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，不需要采用能量補(bǔ)償方案，可采用模式一；當(dāng)光譜信號(hào)較弱時(shí)，則需要采用能量補(bǔ)償方案，可采用模式二。

實(shí)際使用該高光通量光譜儀時(shí)，將樣品池11放置在準(zhǔn)直透鏡2和分光器件3之間。