[实用新型]一种基于CMOS探测器的低成本拉曼光谱仪

说明书

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