[发明专利]一种集成有投影仪和光谱仪的系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学设备领域，尤其涉及投影仪和光谱仪。

背景技术

近年来，投影仪得到了较大的发展，其能够生成高质量的图像，且结构紧凑、重量轻，为大屏幕显示提供了良好的解决方案。尤其是基于DLP（Digital Light Processing，数字光处理）的投影仪获得了较大的成功，其能够避免使用液晶显示器投影仪所需的体积较大的偏振光学元件。基于DLP的投影仪的基本结构通常包括光源、DLP元件（例如数字微反射镜等）、投影元件等。为了显示彩色图像，投影仪中还通常具有色轮，当光源发出的白光通过色轮时便轮流产生红光、绿光和蓝光，并依次在DLP元件上形成应对颜色的图像，不同色图像的最终依靠人脑合成，形成彩色图像。

投影仪在诸多领域都有广泛的应用，例如会议、演示、娱乐等。投影仪的体积也有逐渐微缩化的趋势，有些迷你投影仪甚至可以用于较小的便携装置中。例如目前开始流行一种集成有迷你投影仪的手机，这种手机中内嵌有相关软件，能够将视频、图像等投影到附近的屏幕上，这项功能对手机用户来说是很有吸引力的。

光谱仪是一种在工业上和科学研究中广泛使用的定量检测装置，尤其是用在各种材料的检测和分析中，能够定量检测出材料的反射或透射性质随波长的变化，从而分析材料的化学性质。例如，一类基于数字微反射镜（DMD）的光谱仪是一种高效的检测装置，可采用Hadamard变换原理测量样品的光谱，能够获得较高的信噪比。例如美国专利US20080174777A文件揭露了一种基于DMD的光谱仪，来自待测样品的光被光收集装置收集后导向狭缝，从狭缝发出的光穿过准直透镜后到达作为色散元件的光栅，光栅将光束分成光谱。然后该光谱通过聚焦透镜被聚焦到DMD上，DMD对光谱信息进行Hadamard编码。探测器完成对该光谱的检测，然后通过Hadamard变换计算得到光谱信息。

除了工业和科学研究领域，光谱仪在日常生活中也有很广泛的应用前景。例如用户可以利用光谱仪探测出包装中的食品的信息，比如用户可将光谱仪对准包装中的一片水果，从该水果反射回光谱仪的光在光谱仪内部的色散元件的作用下形成光谱，将该光谱与已知的且存储在光谱仪中的数据进行比对，即可确定该水果的成分信息，并根据该成分信息告知用户该水果是否足够成熟，是否适于食用或适于食用的时间。但是目前，光谱仪的光学部件还比较贵，很难再日常生活中广泛应用。

随着电子技术的发展，制造业将更多的目光集中到如何将多种功能集成到一个装置中，甚至是例如手机等较小的便携装置，从而利用较小的成本实现更多的功能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种集成有投影仪和光谱仪的系统，利用较小的成本即可实现投影仪和光谱仪的双重功能。另外，由于精巧的光学设计，可使投影仪和光谱仪共用一些重要的核心元件，从而可以使设计紧凑，系统体积减小。

本发明提供了一种具有投影仪和光谱仪的系统，所述投影仪包括空间光调制器和投影元件，所述光谱仪包括探测器和与所述投影仪共用的空间光调制器，其中所述空间光调制器包括多个能够独立控制的单元，所述多个单元中的每个单元能够调整入射到其上的光的出射方向，所述空间光调制器、探测器和投影元件的相对位置被布置为能够使所述空间光调制器中的每一个单元处于第一状态时，入射到其上的光被调制后入射到所述探测器上，处于第二状态时，入射到其上的光被调制后入射到所述投影元件上。

根据本发明提供的系统，所述投影仪和所述光谱仪还包括共用的光源，由于共用了体积较大的光源，可减小系统的体积，另外还可以降低成本。

根据本发明提供的系统，还包括具有至少两个状态的光路切换装置，当所述光路切换装置处于第一状态时，光源发出的光经过光谱仪包括的分光单元后入射到所述空间光调制器上并被所述空间光调制器调制，由所述探测器接收调制后的光，从而使所述系统处于光谱分析模式；当所述光路切换装置处于第二状态时，光源发出的光入射到空间光调制器上并被所述空间光调制器调制，使所述系统处于投影模式。

根据本发明提供的系统，其中当所述光路切换装置处于第一状态时，将所述光源发出的光导向第一光路，当所述光路切换装置处于第二状态时，将所述光源发出的光导向第二光路，其中所述光谱仪的分光单元位于第一光路中，当所述光路切换装置将所述光源发出的光导向第一光路时，所述光源发出的光入射到待测样品上，经待测样品反射后经过所述分光单元，然后入射到所述空间光调制器，当所述光路切换装置将所述光源发出的光导向第二光路时，所述光源发出的光入射到所述空间光调制器上，为所述空间光调制器提供照明功能。该系统结构紧凑，结构简单，无需精密的光学元件。