[实用新型]一种基于透射光栅的便携式手机光谱仪

说明书

本实用新型公开了一种基于透射光栅的便携式手机光谱仪，包括光源、狭缝、准直系统、色散系统、成像系统、光电检测元件、智能手机，所述狭缝、准直系统、色散系统、成像系统、光电检测元件为该光谱仪的光路部分，放入不锈钢支架用数据线与手机相连；工作时将光源对准狭缝，入射光依次经过准直系统、色散系统、成像系统，最后到达位于成像系统焦平面上的光电检测元件，该元件受到光照刺激后发生响应，接收的光信号转化为电信号后用USB转Type‑C接口传输数据至智能手机，获得光谱图；若在光源后添加待测物质，则该手机光谱仪可应用于物质的透射或反射光谱检测；本实用新型可实时检测获取光谱图像，装置小巧、操作简单、结果直观、成本低、检测速度快。

技术领域

本实用新型涉及一种光谱仪，尤其涉及一种采用透射光栅结合智能手机的便携式光谱仪。

背景技术

光谱仪是指利用折射或衍射现象产生色散并通过各种探测仪器读取其数据的一类光谱测量仪器。随着现代科学技术的迅速发展，传统光谱仪体积庞大、价格昂贵，已经不能紧跟日益增多的科研需求，和科学融入生活的时代步伐，而近些年急速发展的智能手机正好能成为光谱仪小型化的载体。智能手机光谱仪具有智能、便携、体积小、集成化高、响应能力快等优点，在现场勘测、环境监测、食品检测、发光二极管(LED)检量、焚光测量、氧含量测量等特殊领域具有广阔的应用前景。在2016年10月13日吴砺申请的申请号为CN201621119619.5的专利提出了“一种手机光谱仪”，该系统包括：包括手机和置于手机镜头前端的光学镜头，所述的光学镜头包括镜筒和在镜筒内沿光束入射方向依序设置的起偏镜、分光棱镜、检偏镜、第一缩束镜片和第二缩束镜片，所述的第二缩束镜片直径小于第一缩束镜片，所述的第二缩束镜片与手机镜头正对，所述的手机还包括设于手机镜头后端用于成像的图像传感器和预存在手机内用于输出光谱图像的软件，最终实现光谱检测；但是由于该系统结构过于复杂实现起来有一定难度，且独立镜片加工成本高，不利于推广至大众的日常生活中，所以有必要进行进一步的改良和完善；通过实施本发明，设计一种采用透射光栅结合手机的便携式光谱仪，在分辨率上能满足基本要求的前提下，极大的节约了独立建模镜片所需的成本，大大提高了光谱仪的实用性和可推广性。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于透射光栅的便携式手机光谱仪设计，缩小光谱仪体积，降低制造成本，实现便携化。

本实用新型所采用技术方案为：一种基于透射光栅的便携式手机光谱仪设计，其特征在于：光谱仪光路设计由六部分构成：光源、狭缝、准直系统、色散系统、成像系统、光电检测元件。使用时，所述光源发出的光，即光源，经狭缝入射至光谱仪内部，同时通过狭缝减少进入光谱仪光路系统的光能量和实现阻挡杂散光的功能；所述的准直系统将经过狭缝的光线变为平行光；平行光进入色散系统，利用光的色散效应，使通过透射光栅时复合光中的单色光成分发生不同程度的偏转(波长越长的单色光偏转效果越明显)，达到分离效果；分离的单色光平行入射到成像系统的成像元件上，使其焦平面上形成一系列狭缝的像。由于不同波长的平行光入射角度不同，因此焦平面上的像点的成像位置也各不相同(依照波长从小到大等间距排列在焦平面上)。像由光电检测元件承接，经处理后反应至智能手机或电脑。

所述的光源波长能覆盖到可见光的全部波长，并能稳定连续分布的光源。

所述的狭缝缝宽不小于50μm。

所述的准直系统为H-KF6材料的准直镜。

所述的色散系统为300每毫米线对数的透射式光栅。

所述的成像元件为两块双胶合透镜，且组成的成像系统焦距为13.18mm。

所述的光电检测元件位于成像系统的焦平面，是CCD或CMOS芯片，输出信号的接口是 USB。

本实用新型的有益效果为：

1.采用两块双胶合透镜作为成像元件，不仅尽可能的减少整个系统的像差，而且运用镜片模组大大节约了镜片单独建模的成本；