一种微型宽光谱光谱仪

摘要

本发明实施例公开了一种微型宽光谱光谱仪，其包括光源、多个可调谐声光滤光器、第一MEMS微镜组件、第一反射镜组件、第二反射镜组件和第二MEMS微镜组件。光源发出的工作光线经第一MEMS微镜组件、第一反射镜组件反射后依次进入多个可调谐声光滤光器，经可调谐声光滤光器滤光后的工作光线经第二反射镜组件和第二MEMS微镜组件反射后入射到待检测物质。

权利要求

1.一种微型宽光谱光谱仪，其特征在于，包括：光源，第一可调谐声光滤光器、第二可调谐声光滤光器、光电探测器以及：第一MEMS微镜组件，所述第一MEMS微镜组件能够相对于光源发出的工作光线的光路旋转到第一角度和第二角度；

第一反射镜组件，所述第一反射镜组件相对于所述光路成第三角度和第四角度；

第二反射镜组件，所述第二反射镜组件相对于所述光路成第五角度和第六角度；

第二MEMS微镜组件，所述第二MEMS微镜组件能够相对于所述光路旋转到第七角度和第八角度；

其中：

当所述第一MEMS微镜组件处于所述第一角度、所述第一反射镜组件处于所述第三角度、所述第二反射镜组件处于所述第五角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第七角度时，所述光源发出的工作光线被所述第一MEMS微镜组件和所述第一反射镜组件的反射后入射到所述第一可调谐声光滤光器，并且从所述第一可调谐声光滤光器射出后被所述第二反射镜组件和所述第二MEMS微镜组件反射后入射到待检测物质；

当所述第一MEMS微镜组件处于所述第二角度、所述第一反射镜组件处于所述第四角度、所述第二反射镜组件处于所述第六角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第八角度时，所述光源发出的工作光线被所述第一MEMS微镜组件和所述第一反射镜组件的反射后入射到所述第二可调谐声光滤光器，并且从所述第二可调谐声光滤光器射出后被所述第二反射镜组件和所述第二MEMS微镜组件反射后入射到所述待检测物质；

其中所述光电探测器检测经过所述待检测物质后的工作光线；

其中所述第一可调谐声光滤光器的调谐范围与所述第二可调谐声光滤光器的调谐范围至少部分不同。

2.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括第三可调谐声光滤光器，所述第三可调谐声光滤光器的调谐范围与所述第一可调谐声光滤光器的调谐范围以及所述第二可调谐声光滤光器的调谐范围至少部分不同，其中：所述第一MEMS微镜组件还能够相对于所述光路旋转到第九角度；

所述第二MEMS微镜组件还能够相对于所述光路旋转到第十角度；

当所述第一MEMS微镜组件处于所述第九角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第十角度时，所述光源发出的工作光线入射到所述第三可调谐声光滤光器，并且从所述第三可调谐声光滤光器射出后入射到所述待检测物质。

3.如权利要求1或者2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一MEMS微镜组件包括：第一MEMS微镜，所述第一MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第一角度；

第二MEMS微镜，所述第二MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第二角度。

4.如权利要求1或者2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一反射镜组件包括：第一反射镜，所述第一反射镜相对于所述光路成所述第三角度；

第二反射镜，所述第二反射镜相对于所述光路成所述第四角度。

5.如权利要求1或者2所述的光谱仪，其特征在于，所述第二反射镜组件包括：第三反射镜，所述第三反射镜相对于所述光路成所述第五角度；

第四反射镜，所述第四反射镜相对于所述光路成所述第六角度。

6.如权利要求1或者2所述的光谱仪，其特征在于，所述第二MEMS微镜组件包括：第三MEMS微镜，所述第三MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第七角度；

第四MEMS微镜，所述第四MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第八角度。

7.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，还包括：

第五MEMS微镜，所述第五MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到第十一角度和第十二角度，其中：当所述第五MEMS微镜处于所述第十一角度时，所述第五MEMS微镜将从所述第一可调谐声光滤光器射出的工作光线、从所述第二可调谐声光滤光器射出的工作光线和从所述第三可调谐声光滤光器射出的工作光线反射到所述光电探测器；当所述第五MEMS微镜处于所述第十二角度时，从所述第一可调谐声光滤光器射出的工作光线、从所述第二可调谐声光滤光器射出的工作光线和从所述第三可调谐声光滤光器射出的工作光线入射到所述待检测物质。

8.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一MEMS微镜组件和/或所述第二MEMS微镜组件旋转到期望的角度。

9.如权利要求7所述的光谱仪，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一MEMS微镜组件、所述第二MEMS微镜组件和/或所述第五MEMS微镜旋转到期望的角度。

10.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：所述光电探测器由黑硅PIN型光电二极管形成。

说明书

一种微型宽光谱光谱仪

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微型宽光谱光谱仪。

背景技术

[0002] 光谱分析技术利用不同物质特有的吸收或者发光光谱，来实现物质的鉴定。光谱技术由于是采用光学检测方式，可以实现快速、在线、无损检测，在物质鉴定、医疗以及消防等领域具有广泛运用。

[0003] 作为应用光谱分析技术的设备，吸收型光谱仪主要包含光源、分光元件以及检测元件等元件。其中光源产生包含待测物质特征吸收峰波段的测试光源，一般来说主要包括卤素白光LED、LED、可调谐激光器等。分光元件主要利用干涉或衍射等技术，将光源中宽光谱的光按固定频率选定并输出，这样可以实现光谱吸收扫描。检测元件主要是利用光电探测器将光强信号转变为电信号，然后使用滤波电路以及信号处理电路将检测信号提取出来。

[0004] 目前主要根据分光原理不同，可以将吸收型光谱仪分为滤波片型、衍射光栅型、傅立叶变换型、FP（法布里-珀罗）干涉腔型以及声光可调滤光器型。

[0005] 利用可调谐声光滤光器（AOTF）的声光可调谐型光谱仪与其他光谱仪相比具有极高的分光精度（1nm以内）、较宽的扫描光谱范围（300nm以上）以及超快的光谱扫描速度（16000波长点每秒）。声光可调谐滤光器原理与其它分光原理不一样。声光滤光器是利用RF（射频）电路输入到压电换能器，使其震荡产生声波。声波在晶体内传输产生物质的疏密波，形成介电常数不同的布拉格光栅，从而具有光栅的分光效应。通过控制输入RF信号的频率实现控制晶体内声波频率，来控制布拉格光栅的常数，最终实现通光频率调谐。利用RF信号来控制调谐频率不需要机械结构和大型的光学设备，使得光谱仪更易集成化、调谐速度更快、安装更简单。

[0006] 传统的声光可调谐型光谱仪的扫描光谱频段被声光晶体的调谐频段限制，响应带宽较窄，难以拓宽响应范围。而且，由于探测器响应曲线因为产品间的差异而不同，不同光谱仪需要在使用前进行校准调试，因此使用中需要额外的设备进行校准。此外，传统声光可调谐型滤波器的系统比较复杂，包含的器件较多，难以实现集成化、小型化。

发明内容

[0007] 本发明的目的之一是提供一种能够实现在更宽光谱范围内分光的微型宽光谱光谱仪。

[0008] 本发明的目的之一是提供一种能够进行自校准的微型宽光谱光谱仪。

[0009] 本发明的一些实施例中，提供了一种微型宽光谱光谱仪，包括：光源，第一可调谐声光滤光器、第二可调谐声光滤光器、光电探测器以及：第一MEMS微镜组件，所述第一MEMS微镜组件能够相对于光源发出的工作光线的光路旋转到第一角度和第二角度；第一反射镜组件，所述第一反射镜组件相对于所述光路成第三角度和第四角度；第二反射镜组件，所述第二反射镜组件相对于所述光路成第五角度和第六角度；和第二MEMS微镜组件，所述第二MEMS微镜组件能够相对于所述光路旋转到第七角度和第八角度；其中：当所述第一MEMS微镜组件处于所述第一角度、所述第一反射镜组件处于所述第三角度、所述第二反射镜组件处于所述第五角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第七角度时，所述光源发出的工作光线被所述第一MEMS微镜组件和所述第一反射镜组件的反射后入射到所述第一可调谐声光滤光器，并且从所述第一可调谐声光滤光器射出后被所述第二反射镜组件和所述第二MEMS微镜组件反射后入射到待检测物质；当所述第一MEMS微镜组件处于所述第二角度、所述第一反射镜组件处于所述第四角度、所述第二反射镜组件处于所述第六角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第八角度时，所述光源发出的工作光线被所述第一MEMS微镜组件和所述第一反射镜组件的反射后入射到所述第二可调谐声光滤光器，并且从所述第二可调谐声光滤光器射出后被所述第二反射镜组件和所述第二MEMS微镜组件反射后入射到所述待检测物质；其中所述光电探测器检测经过所述待检测物质后的工作光线；其中所述第一可调谐声光滤光器的调谐范围与所述第二可调谐声光滤光器的调谐范围至少部分不同。

[0010] 本发明的一些实施例中，该光谱仪还包括第三可调谐声光滤光器，所述第三可调谐声光滤光器的调谐范围与所述第一可调谐声光滤光器的调谐范围以及所述第二可调谐声光滤光器的调谐范围至少部分不同，其中：所述第一MEMS微镜组件还能够相对于所述光路旋转到第九角度；所述第二MEMS微镜组件还能够相对于所述光路旋转到第十角度；当所述第一MEMS微镜组件处于所述第九角度以及所述第二MEMS微镜组件处于所述第十角度时，所述光源发出的工作光线入射到所述第三可调谐声光滤光器，并且从所述第三可调谐声光滤光器射出后入射到所述待检测物质。

[0011] 本发明的一些实施例中，所述第一MEMS微镜组件包括：第一MEMS微镜，所述第一MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第一角度；第二MEMS微镜，所述第二MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第二角度。

[0012] 本发明的一些实施例中，所述第一反射镜组件包括：第一反射镜，所述第一反射镜相对于所述光路成所述第三角度；第二反射镜，所述第二反射镜相对于所述光路成所述第四角度。

[0013] 本发明的一些实施例中，所述第二反射镜组件包括：第三反射镜，所述第三反射镜相对于所述光路成所述第五角度；第四反射镜，所述第四反射镜相对于所述光路成所述第六角度。

[0014] 本发明的一些实施例中，所述第二MEMS微镜组件包括：第三MEMS微镜，所述第三MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第七角度；第四MEMS微镜，所述第四MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到所述第八角度。

[0015] 本发明的一些实施例中，该光谱仪还包括：第五MEMS微镜，所述第五MEMS微镜能够相对于所述光路旋转到第十一角度和第十二角度，其中：当所述第五MEMS微镜处于所述第十一角度时，所述第五MEMS微镜将从所述第一可调谐声光滤光器射出的工作光线、从所述第二可调谐声光滤光器射出的工作光线和从所述第三可调谐声光滤光器射出的工作光线反射到所述光电探测器；当所述第五MEMS微镜处于所述第十二角度时，从所述第一可调谐声光滤光器射出的工作光线、从所述第二可调谐声光滤光器射出的工作光线和从所述第三可调谐声光滤光器射出的工作光线入射到所述待检测物质。

[0016] 本发明的一些实施例中，该光谱仪还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一MEMS微镜组件和/或所述第二MEMS微镜组件旋转到期望的角度。

[0017] 本发明的一些实施例中，该光谱仪还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一MEMS微镜组件、所述第二MEMS微镜组件和/或所述第五MEMS微镜旋转到期望的角度。

[0018] 本发明的一些实施例中，所述光电探测器由黑硅PIN型光电二极管形成。

[0019] 本发明的一些实施例中，通过在具有至少部分不同的调谐范围的多个可调谐声光滤光器之间切换进行扫频，增大了光谱仪的整体调谐范围，可以实现在更宽光谱范围内的分光，扩宽了光谱仪的运用范围。

[0020] 本发明的一些实施例中，通过设置第五MEMS微镜使经可调谐声光滤光器滤光后射出的单色光直接反射到光电探测器而不入射到待检测物质，可以获得单色光不经过待检测物质而直接入射到光电探测器的情况下光电探测器的响应数据作为光谱仪的测试校准基准，并用其对测试数据进行校准，从而使光谱仪构成了一个自校准系统，减少了光谱仪中光电探测器响应和光源光谱引起的系统误差。

附图说明

[0021] 图1是本发明一个实施例的微型宽光谱光谱仪在工作模式一下的结构示意图。

[0022] 图2是本发明一个实施例的微型宽光谱光谱仪在工作模式二下的结构示意图。

[0023] 图3是本发明一个实施例的微型宽光谱光谱仪在工作模式三下的结构示意图。

[0024] 图4是本发明一个实施例的微型宽光谱光谱仪在自校准工作模式下的结构示意图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合附图详细说明本发明的一些实施例的微型宽光谱光谱仪的具体结构。

[0026] 图1为本发明一些实施例的微型宽光谱光谱仪的结构示意图。

[0027] 参考图1，本发明的一些实施例中，一种微型宽光谱光谱仪可以包括光源1、第一MEMS（微机电系统）微镜组件3、第一反射镜组件4、第一可调谐声光滤光器（AOTF）5、第二可调谐声光滤光器6、第二反射镜组件8、第二MEMS微镜组件9和光电探测器12。

[0028] 光源1可以为该光谱仪提供宽光谱的工作光线。本发明的实施例中，光源1可以是能够提供宽光谱光线的任何适合的光源装置。例如，一些实施例中，光源1可以是具有宽光谱范围的宽光谱白光LED。

[0029] 本文中，所说的“工作光线”可以是指光谱仪正常工作使所使用的光线，即光源发出的用来对待检测物质进行检测或者用来进行校准的光线。

[0030] 第一MEMS微镜组件3可以是采用微机电技术的微机电系统微镜组件，该第一MEMS微镜组件3可以在控制电路（图中未示出）的控制下旋转，相对于光源1发出的工作光线的A光路（例如，图1中从光源1至第一MEMS微镜组件3的光路部分）旋转到第一角度和第二角度。当该第一MEMS微镜组件3处于该第一角度或者第二角度时，它可以将入射到它之上的光源1发出的工作光线完全反射。但是，这所说的“完全反射”不能在绝对意义上理解，即，这里所说的“完全反射”不能理解为绝对百分之百的反射，而是可以包括具有一定量的由于散射、漫射、材料吸收等因素导致的光线损耗的情况。

[0031] 第一MEMS微镜组件3中的MEMS微镜可以是反射镜。

[0032] 一些实施例中，第一MEMS微镜组件3可以只包括一个MEMS微镜，这一个MEMS微镜可以在控制电路的控制下旋转到前述的第一角度和第二角度。

[0033] 在另一些实施例中，第一MEMS微镜组件3也可以包括多个MEMS微镜。例如，如图1所示，第一MEMS微镜组件3可以包括第一MEMS微镜30和第二MEMS微镜31。第一MEMS微镜30可以在控制电路的控制下旋转到前述的第一角度，而第二MEMS微镜31可以在控制电路的控制下旋转到前述的第二角度。在这种情况下，当提及第一MEMS微镜组件3处于前述的第一角度时，可以是指其中包含的某个MEMS微镜（例如，前述的第一MEMS微镜30）处于该第一角度；类似地，当提及第一MEMS微镜组件3处于前述的第二角度时，可以是指其中包含的某个MEMS微镜（例如，前述的第二MEMS微镜31）处于该第二角度。

[0034] 本发明的实施例中，第一MEMS微镜组件3的具体结构以及通过控制电路控制第一MEMS微镜组件3进行旋转或者进行其他运动的方法可以是MEMS微镜领域内常用的方法，在此不再详述。

[0035] 第一反射镜组件4可以相对于前述的光源1发出的工作光线的光路成第三角度和第四角度。

[0036] 一些实施例中，第一反射镜组件4可以只包含一个反射镜。此时，这一个反射镜可以被旋转和/或平移到与前述的光路成第三角度和第四角度的位置。

[0037] 另一些实施例中，第一反射镜组件4可以包含多个反射镜。例如，如图1所示，第一反射镜组件4可以包括第一反射镜40和第二反射镜41。第一反射镜40可以相对于前述的光路成第三角度，而第二反射镜41可以相对于前述的光路成第四角度。在这种情况下，当提及第一反射镜组件4处于前述的第三角度时，可以是指其中包含的某个反射镜（例如，前述的第一反射镜40）处于该第三角度；类似地，当提及第一反射镜组件4处于前述的第四角度时，可以是指其中包含的某个反射微镜（例如，前述的第二反射镜41）处于该第四角度。此外，一些实施例中，第一反射镜40和第二反射镜41可以是固定的（即，不能旋转或者平移）。另一些实施例中，第一反射镜40和第二反射镜41可以是可旋转和/或平移的。

[0038] 本发明的一些实施例中，第一反射镜组件4中的反射镜可以是MEMS微镜反射镜。另一些实施例中，第一反射镜组件4中的反射镜可以是普通的反射镜。

[0039] 第一可调谐声光滤光器5和第二可调谐声光滤光器6可以由可调谐声光晶体制成，并且二者的调谐范围至少部分不同。例如，一些实施例中，第一可调谐声光滤光器5的调谐范围可以为0.35-0.43μm（此时以可调谐的光的波长进行度量），第二可调谐声光滤光器6的调谐范围可以为0.43-0.65μm（同样，此时以可调谐的光的波长进行度量）。本领域技术人员容易理解，第一可调谐声光滤光器5和第二可调谐声光滤光器6的调谐范围可以根据需要设定为任何其他适合的值。

[0040] 第二反射镜组件8可以相对于前述的光源1发出的工作光线的光路成第五角度和第六角度。

[0041] 一些实施例中，第二反射镜组件8可以只包含一个反射镜。此时，这一个反射镜可以被旋转和/或平移到与前述的光路成第五角度和第六角度的位置。

[0042] 另一些实施例中，第二反射镜组件8可以包含多个反射镜。例如，如图1所示，第二反射镜组件8可以包括第三反射镜80和第四反射镜81。第三反射镜80可以相对于前述的光路成第五角度，而第四反射镜81可以相对于前述的光路成第六角度。在这种情况下，当提及第二反射镜组件8处于前述的第五角度时，可以是指其中包含的某个反射镜（例如，前述的第三反射镜80）处于该第五角度；类似地，当提及第二反射镜组件8处于前述的第六角度时，可以是指其中包含的某个反射微镜（例如，前述的第四反射镜81）处于该第六角度。此外，一些实施例中，第三反射镜80和第四反射镜81可以是固定的（即，不能旋转或者平移）。另一些实施例中，第三反射镜80和第四反射镜81可以是可旋转和/或平移的。

[0043] 本发明的一些实施例中，第二反射镜组件8中的反射镜可以是MEMS微镜反射镜。另一些实施例中，第二反射镜组件8中的反射镜可以是普通的反射镜。

[0044] 前述的各个实施例中，第一反射镜组件4和第二反射镜组件8可以将入射到它们之上的工作光线完全反射。与前文所述的类似，这里的这里所说的“完全反射”不能在绝对意义上理解，即，这里所说的“完全反射”不能理解为绝对百分之百的反射，而是可以包括具有一定量的由于散射、漫射、材料吸收等因素导致的光线损耗的情况。

[0045] 第二MEMS微镜组件9可以是采用微机电技术的微机电系统微镜组件，该第二MEMS微镜组件9可以在控制电路（图中未示出）的控制下旋转，相对于光源1发出的工作光线的光路旋转到第七角度和第八角度。当该第二MEMS微镜组件9处于该第七角度或者第八角度时，它可以将入射到它之上的工作光线完全反射。但是，类似地，这里所说的“完全反射”不能在绝对意义上理解，即，这里所说的“完全反射”不能理解为绝对百分之百的反射，而是可以包括具有一定量的由于散射、漫射、材料吸收等因素导致的光线损耗的情况。

[0046] 第二MEMS微镜组件9中的MEMS微镜可以是反射镜。

[0047] 一些实施例中，第二MEMS微镜组件9可以只包括一个MEMS微镜，这一个MEMS微镜可以在控制电路的控制下旋转到前述的第七角度和第八角度。

[0048] 在另一些实施例中，第二MEMS微镜组件9也可以包括多个MEMS微镜。例如，如图1所示，第二MEMS微镜组件9可以包括第三MEMS微镜90和第四MEMS微镜91。第三MEMS微镜90可以在控制电路的控制下旋转到前述的第七角度，而第四MEMS微镜91可以在控制电路的控制下旋转到前述的第八角度。在这种情况下，当提及第二MEMS微镜组件9处于前述的第七角度时，可以是指其中包含的某个MEMS微镜（例如，前述的第三MEMS微镜90）处于该第七角度；类似地，当提及第二MEMS微镜组件9处于前述的第八角度时，可以是指其中包含的某个MEMS微镜（例如，前述的第四MEMS微镜91）处于该第八角度。

[0049] 类似地，本发明的实施例中，第二MEMS微镜组件9的具体结构以及通过控制电路控制第二MEMS微镜组件9进行旋转或者进行其他运动的方法可以是MEMS微镜领域内常用的方法，在此不再详述。

[0050] 本发明的一些实施例中，微型宽光谱光谱仪还可以包括光线准直组件2。该光线准直组件2可以将光源1发出的工作光线准直。光线准直组件2的具体结构和工作原理可以是本领域熟知的，在此不再详述。

[0051] 光源1发出的工作光线经过前述个元件中的至少一部分后，可以从本发明的微型宽光谱光谱仪的出光孔11射出。从出光孔11射出的工作光线经过待测物质，被待测物质吸收并反射、折射、散射等等。光电探测器12可以探测经过了待测物质的工作光线（即被待测物质吸收并反射、折射或者散射等等后的工作光线），光电探测器12根据接收的工作光线输出电信号，这些电信号可以供处理器进行光谱分析，以获得待测物质的相关信息（例如，待测物质的成分及浓度等等）。利用光电探测器进行光谱分析的具体方法可以使用光谱分析领域的常用方法，在此不再详述。

[0052] 本发明的一些实施例中，光电探测器12可以由黑硅PIN型光电二极管形成。与传统的光电二极管相比，黑硅PIN型光电二极管具有更宽的响应光谱，从而极大地拓宽了光谱仪的光谱响应范围。

[0053] 下面将参考光源1发出的工作光线的光路对前述的各个元件之间的相互关系进行详细说明。

[0054] 如图1所示，在图1的情况中，第一MEMS微镜组件3处于前述的相对于光源1发出的工作光线A的光路的第一角度，第一反射镜组件4处于前述的第三角度，第二反射镜组件8处于前述的第五角度，第二MEMS微镜组件9处于前述的第七角度。此时，光源1发出的工作光线A（在一些实施例中，经过光线准直组件2准直之后）入射到第一MEMS微镜组件3，处于第一角度的第一MEMS微镜组件3将入射的工作光线A反射到第一反射镜组件4。处于第三角度的第一反射镜组件4将入射的工作光线A反射到第一可调谐声光滤光器5。此时，控制电路可以调节输入到第一可调谐声光滤光器5的射频（RF）信号，使得第一可调谐声光滤光器5的通光波段在其调谐范围内变化，从而实现在其调谐范围内的扫频。经过第一可调谐声光滤光器5滤光后的工作光线从该第一可调谐声光滤光器5射出后，被处于第五角度的第二反射镜组件8反射到处于第七角度的第二MEMS微镜组件9（例如，第三MEMS微镜90）上，处于第七角度的第二MEMS微镜组件9（例如，处于第七角度的第三MEMS微镜90）将入射的工作光线反射到通光孔11，使其从通光孔11射出，入射到待检测物质上。

[0055] 在此过程中，通过调节输入到第一可调谐声光滤光器5上的RF信号，可以使第一可调谐声光滤光器5的通光波段在其调谐范围内变化，从而使得从第一可调谐声光滤光器5输出进而从通光孔11输出的工作光线的波段在该第一可调谐声光滤光器5的调谐范围内变化。

[0056] 如图2所示，在图2的情况中，第一MEMS微镜组件3处于前述的第二角度，第一反射镜组件4处于前述的第四角度，第二反射镜组件8处于前述的第六角度，第二MEMS微镜组件9处于前述的第八角度。此时，光源1发出的工作光线A（在一些实施例中，经过光线准直组件2准直之后）入射到第一MEMS微镜组件3，处于第二角度的第一MEMS微镜组件3将入射的工作光线A反射到第一反射镜组件4。处于第四角度的第一反射镜组件4将入射的工作光线A反射到第二可调谐声光滤光器6。此时，控制电路可以调节输入到第二可调谐声光滤光器6的RF信号，使得第二可调谐声光滤光器6的通光波段在其调谐范围内变化，从而实现在其调谐范围内的扫频。经过第二可调谐声光滤光器6滤光后的工作光线从该第二可调谐声光滤光器6射出后，被处于第六角度的第二反射镜组件8反射到处于第八角度的第二MEMS微镜组件9（例如，第四MEMS微镜91）上，处于第八角度的第二MEMS微镜组件9（例如，处于第八角度的第四MEMS微镜91）将入射的工作光线反射到通光孔11，使其从通光孔11射出，入射到待检测物质上。

[0057] 在此过程中，通过调节输入到第二可调谐声光滤光器6上的RF信号，可以使第二可调谐声光滤光器6的通光波段在其调谐范围内变化，从而使得从第二可调谐声光滤光器6输出进而从通光孔11输出的工作光线的波段在该第二可调谐声光滤光器6的调谐范围内变化。

[0058] 在工作时，当第一可调谐声光滤光器5的调谐范围内的波段扫频完成（即第一可调谐声光滤光器5的整个调谐范围已经被遍历完成）之后，控制电路可以控制第一MEMS微镜组件3旋转到第二角度，并控制第二MEMS微镜组件9旋转到第八角度。此外，对于第一反射镜组件4和第二反射镜组件8不是由包括固定的多个反射镜实现，而是由能够旋转和/或平移的单个反射镜实现的实施例，还由控制电路控制第一反射镜组件4运动到第四角度以及控制第二反射镜组件8运动到第六角度。这样，使得工作光线从入射到第一可调谐声光滤光器5切换到了入射到第二可调谐声光滤光器6，使得光谱仪可以继续在第二可调谐声光滤光器6的调谐范围内变化。由前文所述，第一可调谐声光滤光器5和第二可调谐声光滤光器6的调谐范围至少部分不同。因此，通过从第一可调谐声光滤光器5（可以称为工作模式一）切换到第二可调谐声光滤光器6（可以称为工作模式二），增大了光谱仪的整体调谐范围，可以实现在更宽光谱范围内的分光，扩宽了光谱仪的运用范围。此外，本发明的实施例中使用了MEMS微镜组件实现，有利于光谱仪的微型化。

[0059] 参考图1-图3，本发明的另一些实施例中，微型宽光谱光谱仪还可以包括第三可调谐声光滤光器7。此外，第一MEMS微镜组件3还能够相对于前述的工作光线的光路旋转到第九角度，第二MEMS微镜组件9还能够相对于前述光路旋转到第十角度。

[0060] 参考图3，当第一MEMS微镜组件3处于该第九角度，而第二MEMS微镜组件9处于该第十角度时，光源1发出的工作光线（在一些实施例中，经过光线准直组件2准直后）入射到该第三可调谐声光滤光器7。此时，控制电路可以调节输入到第三可调谐声光滤光器7的RF信号，使得第三可调谐声光滤光器7的通光波段在其调谐范围内变化，从而实现在其调谐范围内的扫频。经过第三可调谐声光滤光器7滤光后的工作光线从该第三可调谐声光滤光器7射出后，直接从通光孔11射出，入射到待检测物质上。

[0061] 这些实施例中，第一可调谐声光滤光器5、第二可调谐声光滤光器6和第三可调谐声光滤光器7的调谐范围相互之间至少部分地不同。例如，一些实施例中，第一可调谐声光滤光器5的调谐范围可以为0.35-0.43μm，第二可调谐声光滤光器6的调谐范围可以为0.51-0.95μm，第三可调谐声光滤光器7的调谐范围可以为0.43-0.65μm。这样，通过与前文所述的实施例中类似的方法使光源1出射的工作光线A在第一可调谐声光滤光器5（此时可以称为工作模式一）、第二可调谐声光滤光器6（此时可以称为工作模式二）和第三可调谐声光滤光器7（此时可以称为工作模式三）之间切换，光谱仪的整体调谐范围可以有效扩展。例如，在上文所述的第一可调谐声光滤光器5的调谐范围为0.35-0.43μm、第二可调谐声光滤光器6的调谐范围为0.51-0.95μm、第三可调谐声光滤光器7的调谐范围为0.43-0.65μm的实施例中，光谱仪的调谐范围可以扩展到0.35-0.95μm整个范围内。

[0062] 参考图1至图4，本发明的一些实施例中，微型宽光谱光谱仪还可以包括第五MEMS微镜10。该第五MEMS微镜10可以是采用微机电技术的微机电系统微镜元件，并且可以在控制电路（图中未示出）的控制下旋转，相对于光源1发出的工作光线的光路旋转到第十一角度和第十二角度。当第五MEMS微镜10处于该第十一角度时（参考图4），该第五MEMS微镜10将从第一可调谐声光滤光器5射出的光、从第二可调谐声光滤光器6射出的光和从第三可调谐声光滤光器7射出的工作光线直接反射到前述的光电探测器12而不从通光孔11射出入射到待检测物质上。而当第五MEMS微镜10处于该第十二角度时（参考图1至图3），从第一可调谐声光滤光器5射出的工作光线、从第二可调谐声光滤光器6射出的工作光线和从第三可调谐声光滤光器7射出的工作光线通过通光孔11射出入射到待检测物质。即，当第五MEMS微镜10处于该第十二角度时，其不对各个可调谐声光滤光器射出的光进行偏折。

[0063] 这些实施例中，通过设置第五MEMS微镜10并使其处于前述的第十一位置并且使工作光线按照前述实施例中类似的方式在第一可调谐声光滤光器5、第二可调谐声光滤光器6和第三可调谐声光滤光器7之间切换并扫频（此时可以称为自校准工作模式），可以使经可调谐声光滤光器滤光后射出的单色光直接反射到光电探测器12，而不入射到待检测物质。这样，可以获得并存储宽光谱范围内的单色光不经过待检测物质而直接入射到光电探测器
12的情况下的光电探测器12的响应数据作为光谱仪的测试校准基准。在使用该光谱仪对待检测物质进行检测时，可以使用该不经过待检测物质直接入射到光电探测器12的情况下的响应数据对对待检测物质进行检测所获得的数据进行校准。因此，此时该光谱仪构成了一个自校准系统，该自校准系统使得光谱仪能够检测光谱仪中的光电探测器光源分光后的单色光的直接响应，该直接响应可以与测试数据一起处理，作为物质的吸收光谱数据，从而减少光谱仪中光电探测器响应和光源光谱引起的系统误差。

[0064] 本发明的实施例中，前述的各个角度的具体值可以根据实际设计需要而设置，只要能够实现前述的相应功能即可，本发明对此没有限制。

[0065] 前文中，所说的各个角度按照相对于工作光线A的光路进行了描述。容易理解，这些角度并不局限于按此定义。其他的定义方式也可以使用，只要相应的各个元件的方位能够实现前述的相应功能即可。

[0066] 以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。