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    重庆时时彩开奖结果表6.28: 包括空间光调制器的光谱仪.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201280074734.3

    申请日:

    2012.07.16

    公开号:

    CN104704332A

    公开日:

    2015.06.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 3/04申请日:20120716|||公开
    IPC分类号: G01J3/04; G01J3/02 主分类号: G01J3/04
    申请人: 福斯分析有限公司
    发明人: 哈坎·韦德尔斯柏克
    地址: 瑞典赫加奈斯
    优先权:
    专利代理机构: 北京安信方达知识产权代理有限公司11262 代理人: 惠磊; 郑霞
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201280074734.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.08.15|||2015.07.08|||2015.06.10

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种光谱仪(20),该光谱仪包括:一个用于光辐射的输入端(24);一个用于按照波长使从该输入端(24)传递的入射光辐射色散的色散元件,如凹面聚焦反射衍射光栅(22);一个输出端(28)和一个空间光调制器“SLM”(26),该输出端和该空间光调制器被安置成用于接收该色散元件所色散的一个输入光辐射波长区域并且可操作用于选择性地引导所接收到的波长区域的多个波长部分以便在该输出端(28)处进行接收。该输入端(24)被配置成用于提供多个入射场光阑,如入射狭缝(C,D),通过这些入射场光阑中的每一个在使用时照亮该色散元件(22)并且这些入射场光阑中的每一个被定位成用于与该色散元件(22)合作以在该SLM(26)处生成一个不同色散波长区域。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种光谱仪(2;20;30;40),该光谱仪包括:一个用于光辐射的输 入端(4;24;36;44);一个用于按照波长使从该输入端(4;24;36; 44)传递的光辐射色散的色散元件(6;22;32;42);一个输出端(16; 28;38;52)和一个空间光调制器(‘SLM’)(12;26;34;50),该输 出端和该空间光调制器被安置成用于接收该色散元件(6;22;32;42) 所色散的一个输入光辐射波长区域并且可操作用于选择性地引导所接收 到的波长区域的多个波长部分以便在该输出端(16;28;38;52)处进行 接收;其特征在于,该输入端(4;24;36;44)被配置成用于提供多个 入射场光阑(C,D;C’,D’;E,F),通过这些入射场光阑中的每一个, 在使用时照亮该色散元件(6;22;32;42),并且这些入射场光阑中的每 一个被定位成与该色散元件(6;22;32;42)合作以在该SLM(12;26; 34;50)处生成一个不同色散波长区域。

    2.  如权利要求1所述的光谱仪(20;30),其特征在于,提供有多个光 辐射源(SC,SD;SE,SF),每一个光辐射源用于通过一个相关联的不同 的入射场光阑(C,D;E,F)照亮该色散元件(22;32),并且在于, 每一个源(SC,SD;SE,SF)被配置成用于生成具有一个波长范围的光辐 射,该波长范围实质上是由与该SLM(26;34)相关联的入射场光阑(C, D;E,F)所生成的在该SLM处入射的该色散波长区域的波长范围。

    3.  如权利要求1或权利要求2所述的光谱仪(20;40),其特征在于, 提供一个控制器(18),该控制器与该输入端(44)和该多个光辐射源(SC, SD)中的一个或两个相连接并且被适配成用于控制一个或两个的操作以 在该SLM(26;50)处生成一个时分多路复用信号。

    4.  如权利要求3所述的光谱仪(20),其特征在于,该控制器(18)可 操作地连接至该多个源(SC,SD)并且被适配成用于依次且无重叠地切 换每个源(SC,SD)以生成该时分多路复用信号。

    5.  如权利要求2所述的光谱仪(20),其特征在于,提供一个控制器(18), 该控制器与该多个光辐射源(SC,SD)相连接并且被适配成用于控制它 们的操作以在该SLM(26)处生成一个频分多路复用信号。

    6.  如权利要求5所述的光谱仪(20),其特征在于,该控制器(18)被 适配成用于同时且以不同强度调制频率激活每个源(SC,SD)以在该SLM (26)处生成该频分多路复用信号。

    7.  如权利要求1所述的光谱仪(30),其特征在于,该多个入射场光阑 (E,F)和该色散元件(32)被进一步合作地定位成用于用来自一个相 关联的不同场光阑(F,E)并通过同一衍射角(β)衍射的光辐射照亮该 SLM(34)的不同区域(RF,RE)。

    8.  如权利要求7所述的光谱仪(30),其特征在于,该每个入射场光阑 (E,F)被设置成相互移置以在该色散元件(32)处提供光辐射的一个 不同入射角(αE,αF),并且这些入射场光阑中的每一个在一个垂直于该 色散元件(32)的一个优选色散平面(X-Y)的方向上相互移置。

    9.  如权利要求7所述的光谱仪(30),其特征在于,该控制器(18)被 适配成用于同时激活每个源(SE,SF)。

    10.  如权利要求1所述的光谱仪(20;30;40),其特征在于,该SLM(26; 34;50)是一个数字微镜装置(‘DMD’)。

    11.  如权利要求1所述的光谱仪(20;30),其特征在于,该色散元件(22; 32)是一个凹面聚焦反射光栅。

    12.  如权利要求1所述的光谱仪(40),其特征在于,该色散元件(42) 是一个透射衍射光栅。

    13.  如权利要求1所述的光谱仪(40),其特征在于,该输入端(44)包 括一个SLM、优选地一个DMD,其具备一个活性表面(46),该表面是 可控制的以便限定该多个入射场光阑(C’,D’)。

    说明书

    说明书包括空间光调制器的光谱仪
    本发明涉及一种光谱仪,该光谱仪包括一个空间光调制器 (SLM),如数字微镜装置(DMD)。
    光谱仪用于对光辐射从紫外到红外光谱区域的取决于波长的强 度变化进行分析。典型地,色散元件(如棱镜或衍射光栅)用于这些光谱 仪中以按照波长在优选色散平面中使入射光辐射色散。提供了一种输入 端,该输入端包括入射场光阑,典型地如入射狭缝,充当一个带通限制器 用于有待入射在色散元件上的光辐射。此场光阑本质上决定了光谱仪的光 学分辨率和通量。
    如众所周知,可以移动色散元件,典型地绕着一个垂直于色散平 面的轴转动,以便通过输出端来扫描色散后的光辐射的相关波长区域中的 单独波长,该输出端可以是检测器、出射狭缝或其他光辐射收集器。这使 得对用于实现经常沉重的色散元件的移动的机械系统提出显著的精度要 求,并且已知这种系统易受外部机械干扰和磨损的影响。
    此问题的一种已知的解决方案是提供一种光谱仪,该光谱仪具有 一个静止色散元件并且结合了可单独寻址的元件的检测器阵列来代替典 型地与可移动色散元件结合使用的单个检测器。静止色散元件操作用于使 相关波长区域色散,跨检测器阵列中的元件按照波长在色散平面中分布该 波长区域。然而,信号检测要求复杂且相对昂贵的电子器件,并且检测器 阵列本身就相对昂贵,特别是针对适用于检测红外区域中的波长的检测器 阵列。
    此外,从例如转让给美国德州仪器公司的US5504575了解到包 括SLM的光谱仪解决了色散元件的机械移动以及检测器阵列的使用的问 题。根据已知的SLM光谱仪,提供了一种输入端,通过该输入端照亮通 常具有优选色散平面的静止棱镜、光栅或是其他类型的波长色散元件。提 供了一种SLM(如DMD、磁光调制器或液晶装置)用于接收(按照波长 跨其活性表面分布)色散元件在优选色散平面中已经色散的整个相关波长 区域。通过激活(或去激活)其活性表面的多个小部分(即,单元),该 SLM可操作用于选择性地将所接收到的相关波长区域中的波长部分引导 至该输出端。通过适当地激活和去激活单独单元或单元组(典型地,在垂 直于色散平面的方向上的单元组,即,列),可以向该输出端提供所接收 的相关波长区域的不同的窄波带。以此方式,可以跨该输出端按顺序扫描 整个相关波长区域,并且可以使用单个检测器元件。
    已知的SLM光谱仪的一个问题是该SLM元件必须足够大,从而 使得在不折衷分辨率或光效率的情况下,在其活性表面上入射色散光谱中 的整个相关波长区域。特别是当将DMD装置用作SLM时,存在引入更 小、成本更低的装置的趋势,该趋势致使更大的、至少更昂贵的装置被淘 汰。被安置以便一起接收整个相关波长区域的多个SLM元件的使用也是 成本太高。
    本发明的目的是至少减轻上述与SLM光谱仪相关联的问题。相 应地,本发明的第一个方面提供了一种光谱仪,该光谱仪包括:一个用于 光辐射的输入端;一个用于按照波长使来自该输入端的入射光辐射色散的 色散元件;一个输出端和一个空间光调制器(SLM),如DMD,该输出 端和该空间光调制器被安置成用于接收该色散元件所色散的一个光辐射 波长区域并且可操作用于选择性地引导所接收到的波长区域的多个波长 部分以便在该输出端处进行接收;其中,该输入端被配置成用于提供多个 入射场光阑,通过这些入射场光阑中,在使用时照亮该色散元件并且这些 入射场光阑中的每一个被安置成用于在该SLM处生成一个不同的、可能 重叠的波长区域。入射场光阑的数量和位置可以被选择成使得它们相关联 的不同波长区域一起在SLM处提供比单独波长区域中的任何波长区域更 大的相关波长区域。通过使用多个入射场光阑,可以在同一SLM多路复 用多个不同光谱区域,并且由此使小SLM具有和更大的SLM相同的表 现。因此,可以通过单独波长区域的合适的组合在输出端处生成扩展波长 光谱,而不需要增加SLM的物理大小。
    在一个实施例中,提供了多个光辐射源,每个光辐射源用于通过 相关联的不同入射孔径(充当入射场光阑)照亮色散元件。该多个光辐射 源中的每个源被配置成用于生成光辐射,该光辐射具有一个基本上为在 SLM处通过其相关联的孔径生成的那个波长区域的波长范围。以此方式, 可以使该光谱仪更加能量高效,因为基本上在SLM提供了源所产生的所 有能量。
    参考附图中的图,从以下示例性实施例的描述的考虑将更好地理 解本发明的这些和其他优点,附图中:图1展示了根据本发明的SLM光 谱仪的功能框图;图2展示了图1中概括展示的SLM光谱仪的时分多路 复用实施例;图3展示了图1中概括展示的SLM光谱仪的空分多路复用 实施例;图4展示了图1中概括展示的SLM光谱仪的第二时分多路复用 实施例。
    现在参考图1,根据本发明的光谱仪2包括一个具有多个入射场 光阑的输入端4,光辐射8可以通过这些入射场光阑中的每一个照亮同一 个色散元件6。取决于光谱仪2的预期用途,光辐射8可选地由光辐射源 10生成或者可以从正在调查的样品材料放射出来。输入端4可以(例如 但不限于)包括多个单独入射孔径、单个可移动入射孔径或一个LCD屏 幕或其他第二SLM装置,该装置的元件是可控制的以便模拟物理入射孔 径,如将在下文中详细描述的。
    提供色散元件6(其可以是例如但不限于棱镜、透射或反射衍射 光栅)用于按照波长使经由输入4的入射场光阑传递至该色散元件的入射 光辐射色散??占涔獾髦破?SLM)12被定位成用于接收按照波长跨活 性表面14分布的色散后的光辐射的至少一部分。SLM 12具有已知的结 构,为或者反射或者透射装置,其中,活性表面14包括以列的方式安排 的可单独控制元件阵列,从而使得该阵列中的不同列将接收色散元件6 通过不同角度已经色散的波长或波长窄带。
    提供输出端16(其可以是例如但不限于出射端口、光纤束端、检 测器或其他光收集器)用于接收通过SLM 12的活性表面14的元件的适 当操作被引导至该输出端处的光辐射。以一种已知的方式将控制器18配 置成用于控制SLM 12、以及可选地输入端4和辐射源10的操作。
    以上已经就功能块元件方面描述了光谱仪2,并且将认识到,这 些元件中的任一个或多个可以包括一个或多个可操作地连接的单独单元 用于提供所述功能性。此地,还将认识到,其他光学组件(如反射镜、聚 焦和/或准直光学器件)可以包括在光谱仪2中,但对本发明的理解而言 不是必不可少的,并且所以从根据本发明的光谱仪2的以上概述中予以省 略。
    现在参考图2,展示了根据本发明的图1的光谱仪2的实施例20 被配置用于时分多路复用操作。平场成像类型的凹面聚焦反射衍射光栅 22在使用时通过多孔径输入端24被照亮,该输入端由多个(展示了两个) 入射场光阑形成,此处为物理入射狭缝C、D。衍射光栅22生成狭缝C、 D的图像,该图像按照波长分量跨DMD 26形式的SLM被色散,如本领 域众所周知的,其活性表面14(面向光栅22)包括可共同操作用于形成 以上参考图1所描述的列的反射镜天线阵列。
    DMD 26可操作用于选择性地将入射波长区域的波长部分引导至 光纤输出端28。提供了光辐射源10,在本实施例中,该光辐射源包括多 个(展示了两个)可单独激励的光源SC、SD,这些光源中的每一个与该 多个入射狭缝C、D中的一个相应入射狭缝相关联,并且在一个实施例中, 可以被配置成用于仅生成在基本上与跨DMD 26色散的那个区域相对应 的波长区域中的光辐射。在其他实施例中,源10可以包括用于照亮所有 入射场光阑的单个宽带辐射源。
    进而如以下将更加详细讨论的,提供了一种控制器(未示出但参 见图1的元件18)用于选择性地切换每个源SC、SD。
    光栅的性质是在优选平面中按照波长使光辐射色散。针对给定波 长λ,根据以下众所周知的“光栅公式”,色散角β与其在光栅处的入射 角α成比例(相对于光栅法线n测量的角度):sin(α)+sin(β)=rλ/d(1), 其中r是色散光谱阶数,并且d是槽间距。这意味着,针对任何给定波长, 对于具体阶r而言,色散角β将取决于入射角α。
    绘制了图2、图3和图4,从而使得优选平面是这些图中所描绘 的X-Y-Z坐标系中的X-Y平面。以下描述参考此优选平面中的或投射到 此平面上的角度和移置。为了使此描述更加清晰,首先,将一条在光栅的 中心垂直于光栅表面的线定义为躺在该优选平面中的光栅法线n。然后, 使用所选择的光栅法线,与光栅法线n所成的角度被定义为绕着该光栅法 线与该光栅表面的相交点处的点P的转动。
    现在更加详细地考虑图2的光谱仪20,在所示实施例中,光辐射 源SC、SD中的每一个被适配成用于生成在最小波长λMIN和最大波长λMAX之间延伸的同一波长带内的光辐射。在本实施例中,此整个波长带构成一 个有待在使用光谱仪20的调查时使用的相关波长区域Δλ。
    每一个源(如SC)被适配成用于完全照亮其相关联的入射狭缝(如 C)。有用地,每个源SC、SD可以例如由在垂直于优选平面的方向上沿着 狭缝的长度延伸的LED线性阵列组成。来自相关联的入射狭缝(如C)的 光沿着光路LC以入射角αC入射在色散元件的表面(此处为凹面衍射光栅 22)上以取决于波长的方式衍射向DMD 26并且照亮基本上相关联列中 的所有。最大波长λMAX的光将通过角βCMAX沿着光路LCMAX被色散,而 最小波长λMIN的光将通过角βCMIN沿着光路LCMIN被色散。类似地,来自 相关联的入射狭缝SD的光将沿着光路LD(由图2中的虚线展示)以入射 角αD入射在光栅22的表面上,该入射角与来自狭缝C的光的入射角αC不同。以下可以从等式(1)看出,针对同一波长,来自狭缝D的光因此 通过不同的角β被色散,从而使得最大波长λMAX的光将被色散穿过光路 LDMAX,而最小波长λMIN的光将色散穿过光路LDMIN(如图2中的虚线结 构所示)。
    DMD 26位于优选平面中以在其活性表面14接收来自总光谱内 的波长范围λC1-λC2(从传递通过狭缝C的光色散出该总光谱)和来自总 光谱内的波长范围λD1-λD2(从传递通过狭缝D的光色散出该总光谱)。如 以上讨论的,由于来自狭缝C、D的光的入射角αC、αD不同,那么与每 个狭缝C、D相关联的在DMD 26入射的波长范围将不同。
    DMD 26和光栅22具有固定的相对几何结构,入射狭缝C、D的 位置可以被选择成提供这样的入射角(考虑等式(1)),使得波长范围λC1-λC2和λD1-λD2组合以提供相关波长区域Δλ。在本实施例中,入射狭缝C、 D、光栅22以及DMD 26的安排是为了提供λD2=λMIN且λC1=λMAX。
    有用地并且在本发明的根据图2的实施例的一种配置中,每个源 SC、SD被设计成用于提供一个输出端,该输出端仅具有有待在DMD 26 的活性表面接收的相应波长范围中的波长分量。因此,例如,源SC仅产 生在λC1-λC2范围内的波长。这个可以通过适当地选择LED作为源SC来 实现,并且具有在生成在光谱仪20中不可用的并且会引起不想要的背景 信号的波长时不浪费能量的优点。
    在图1中概括展示的那个2的光谱仪20的本实施例中,控制器 18(图2中未示出)被适配成用于单独且无重叠地切换光源SC、SD以经 由光栅22通过每个入射狭缝C、D照亮DMD 26,从而单独在DMD 26 提供时分多路复用信号。然后,控制器18被进一步适配成用于通过(在 本实施例中)控制表面14的列向横跨各排DMD 22的反射镜元件来控制 DMD 22的活性表面14的操作从而在光纤输出端28轮流扫描波长范围 λC1-λC2和λD1-λD2。
    在根据图2的实施例的替代配置中,光源10可以是一个单宽带 源,该宽带源在使用时持续地提供能量,且每个入射狭缝场光阑C、D可 以选择性地关闭,从而使得光栅22一次仅经由一个入射狭缝被照亮。
    在根据图2的实施例的进一步配置中,控制器18被适配成用于 以不同的操作频率同时操作源SC、SD以通过狭缝C、D经由光栅22同时 照亮DMD 26,从而在DMD 26提供频分多路复用信号。
    现在参考图3,展示了图1中根据本发明的光谱仪2的实施例30 被配置成用于空分多路复用操作。为了容易理解,图3中的光谱仪30被 展示为具有凹面聚焦反射光栅32和DMD 34形式的SLM的与图2的那 个光谱仪20大致相同的几何安排。
    与图2的不同是多孔径输入端36的配置。输入端36由多个入射 场光阑(展示了两个)形成,如此处的物理入射狭缝E、F,这些狭缝不 仅在优选平面上而且还在定义了垂直于该优选平面的狭缝的长度的平面 上互相移置,并且每个具有一个比照亮基本上DMD 34的活性表面14的 所有列所需的更小的长度。
    如图2的光谱仪20的实施例的入射狭缝C、D一样,当被相关 联的源SE、SF照亮时,本实施例的入射狭缝E、F提供相关联的光路LE、 LF,这些光路在光栅32处具有不同的入射角αE、αF。从上述关于图2的 描述的考虑中将认识到,这将导致不同的相关联的波长范围λE1-λE2和λF1-λF2跨DMD 34的活性平面14(未示出)的列被分别色散。
    不同于图2的光谱仪20的实施例的入射狭缝C、D,本实施例的 入射狭缝E、F相互移置,从而使得传递通过相关联的狭缝并通过相同的 衍射角β衍射的光将照亮DMD 34的同一列中的不同、优选地无重叠的 区域RE、RF、优选地可单独控制的区域。
    在图1中概括展示的那个2的光谱仪30的本实施例中,控制器 18(图3中未示出)被适配成用于同时激励每个源SE、SF,由此通过每 个入射狭缝E、F经由光栅32同时照亮DMD 34,以在DMD 34提供空 分多路复用信号。然后,控制器18被进一步适配成用于控制DMD 34的 活性表面的操作以在出射孔径38轮流扫描波长范围λE1-λE2和λF1-λF2。 将认识到,源SE、SF可以被分别地且无重叠地切换以轮流照亮DMD 34 的每一个列区域而不偏离如所要求?;さ姆⒚?。
    有用地,在本实施例中,光源SE、SF可以包括与SLED的相同 的宽带激光器。
    现在参考图4,与参考图2的实施例所描述的那个类似,展示了 图1的光谱仪2的实施例40被配置成用于时分多路复用操作。在本实施 例40中,透射衍射光栅色散元件42被安置成用于经由第一DMD装置 44为形式的多场光阑输入进行照明。第二DMD 50被定位成用于接收跨 其活性表面14(面向色散元件22)接收色散元件42按照波长已经色散的 光辐射并且可操作(此处通过控制器18)用于选择性地将入射光辐射的 波长部分引导至输出端口,此处以光纤52为形式。以此方式,可以跨输 出端口52扫描入射在第二DMD 50上的光辐射的整个波长区域。
    提供了具有活性表面46的第一DMD装置44,该表面包括元件 48所展示的可单独控制的微镜天线阵列??刂破?8在此以列向的方式被 配置成用于控制单独微镜元件48的操作,以在具体列中的反射镜全都向 衍射元件42反射光所在的位置与相同反射镜没有向衍射元件42反射光所 在的位置之间进行切换。以此方式,微镜的单独列可以被制作成形成多个 入射场光阑C’、D’,这些入射场光阑可以模拟图2中的物理入射狭缝C、 D。
    使来自一个源(此处是光纤54)的光辐射用于照亮第一DMD 44 的活性表面46。微镜元件中的被适当切换的列(如C’)将入射光辐射引 导成沿着光路LC’通过准直透镜56以入射在透射衍射光栅色散元件42上。 色散元件42用于以取决于波长的方式使透射通过该元件的光辐射色散向 第二DMD 50。与图2的光谱仪20类似,最大波长λMAX的光将通过聚焦 透镜58被色散成沿着光路LC’MAX,而最小波长λMIN的光线将被色散成沿 着光路LC’MIN。类似地,当适当切换时,微镜的列D’将会通过例如准直 透镜56将来自光纤54的入射光辐射反射成沿着光路LD’从而以某个入射 角入射在透射衍射光栅色散元件42上,该入射角和与任何其他列(如列 C’)所反射的光相关联的入射角不同。因为自列D’和列C’反射的光辐射 的入射角不同,那么根据等式(1),它们的色散角将不同。因此,最大波 长λMAX的光将通过聚焦透镜58被色射成沿着光路LD’MAX,而最小波长 λMIN的光将被色射成沿着光路LD’MAX。
    如图2中的光谱仪20,在具有固定相对几何结构的第二DMD 50 和光栅42的光谱仪40的本实施例中,可以选择第一DMD 44的位置以 及因此入射场光阑C’、D’的那些位置以提供这样的入射角(考虑等式 (1)),使得波长范围λC’1-λC’2和λD’1-λD’2组合以提供相关波长区域Δλ。 在本实施例中,第一DMD 44、光栅42和第二DMD 50的安排是为了提 供λD’2=λMIN且λC’1=λMAX。
    在使用第一DMD 44提供多个入射场光阑的其他实施例中,控制 器18可以被适合地适配成用于以不同的频率切换不同的微镜列和/或切 换不同列中的不同微镜组以便模拟不仅跨活性表面46(即,不同的列) 相互移置而且还在垂直于优选平面的方向上相互移置的入射孔径。以此方 式,单个通用的光谱仪可以提供时分、频分和/或空分多路复用操作。

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