[发明专利]MEMS型静态闭环光谱成像系统

说明书

本发明公开了一种MEMS型静态闭环光谱成像系统，涉及光谱成像技术领域，该光谱成像系统将宽带光源和MEMS微镜阵列联合使用，使系统输出光的波长任意可调，系统输出的可调光源通过光纤束耦合进行光纤束照明，与阵列探测器搭配可以实现待测样品大面积高速成像，并且在系统静态条件下即可实现三维光谱成像，无需外部引入复杂移动部件推扫成像；光谱校准系统的加入使得整个系统形成闭环的波长校准结构，可以时刻保障系统输出的波长稳定性，使系统采集到的图像信息更加准确稳定，抗环境干扰能力更强，系统中照明引入光纤束照明方式，可以将狭缝耦合的线光源转换成面阵光源，不但可以实现大面积照射，还可以实现均匀化照射，可进一步提高成像质量。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其是一种MEMS型静态闭环光谱成像系统。

背景技术

光谱成像系统近年来成为各行各业应用研究的热点，传统光谱成像多采用二维阵列探测器和推扫的方式进行设计，不但系统体积庞大而且需要高精度扫描机构实现波长的精确定位，结构复杂成本高昂，抗震能力差，并且无法保障不同温度条件下波长漂移对测量结果的影响。

为了克服传统电机扫描的一些问题，MEMS(微机电系统)技术实现了微型光学反射镜的设计，尤其是以美国TI公司DMD为代表的MEMS微镜阵列，在光学扫描上解决了电机扫描中抗振动能力差、重复性实现难度高、机械磨损影响使用寿命的不足。专利CN 108627465 A公布了一种基于压缩感知高光谱成像的快速无损监测装置，采用DMD对入射图像进行编码压缩，然后通过扫描光栅进行波长选择，再将单点探测器检测的信号进行解码恢复图像。其中DMD主要用于压缩图像，解决了图像处理中数据量大传输困难的问题，但是由于压缩图像会造成信息损失，直接影响光谱成像质量，而且系统中光栅采用扫描方式，无法保障系统波长稳定。另外专利CN 107655569 A公布了高光谱相机、高光谱成像装置及控制方法，采用DMD进行分光后的波长选择，使用线阵探测器进行成像，系统在无推扫的情况下受到狭缝的影响成像面积有限，信息量少，应用场景受限。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种MEMS型静态闭环光谱成像系统，本发明的技术方案如下：

一种MEMS型静态闭环光谱成像系统，该MEMS型静态闭环光谱成像系统包括：宽带光源、照明分光系统、MEMS微镜阵列、光纤束、阵列探测器、光谱校准系统、主控电路板、光源驱动电路、微镜驱动电路、阵列探测器控制电路，主控电路板分别连接光源驱动电路、微镜驱动电路和阵列探测器控制电路；光源驱动电路连接并驱动宽带光源，照明分光系统将宽带光源发出的宽带光按照空间分解成按波长排列的光并照射到MEMS微镜阵列上，MEMS微镜阵列包括沿着色散方向呈阵列形式排布的N个MEMS微镜，N为整数，微镜驱动电路连接并驱动MEMS微镜阵列中各个MEMS微镜的反射角度使MEMS微镜阵列输出相应波长的光，MEMS微镜阵列输出的光分别耦合到光纤束和光谱校准系统，光纤束的输出端连接准直器作为系统照明照射采集工位处的待测样品，光谱校准系统连接主控电路板，阵列探测器正对采集工位处的待测样品，阵列探测器控制电路连接并控制阵列探测器。

其进一步的技术方案为，照明分光系统包括：狭缝、准直透镜、透射光栅和聚焦透镜，宽带光源发出的宽带光经狭缝耦合到准直透镜上，准直透镜发出的光耦合到透射光栅上，透射光栅将宽带光按照空间分解成按波长排列的光，分光后的光透过聚焦透镜照射到MEMS微镜阵列上。

其进一步的技术方案为，宽带光源安装在光源基座上，光源基座带有散热结构。

其进一步的技术方案为，MEMS微镜阵列包括微镜阵列基座、N个MEMS微镜、封装窗片和外接引脚，N个MEMS微镜沿着色散方向依次排列呈阵列形式布设在微镜阵列基座上，封装窗片盖设封装在N个MEMS微镜上，外接引脚分别连接N个MEMS微镜，微镜驱动电路通过外接引脚连接MEMS微镜阵列。