CN101324467A - 一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学仪器的聚焦成像系统。所要解决的技术问题是：该光谱仪应具有灵敏度高、分辨率高的特点。技术方案是：一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统与接收系统之间，其特征在于：所述的聚焦成像系统包括横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统，两个系统相互垂直独立设置，经色散系统分散的平行光依次通过相互垂直的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统后，由接收系统接收。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学仪器的聚焦成像系统，具体是光谱仪器的聚焦成像系统。
背景技术
光谱仪器是一种常用的科学仪器，它的基本作用是测定被研究光的光谱组成，包括光波波长、强度、轮廓和宽度。现有光谱仪器有多种形式，采用棱镜或光栅分光的光谱仪器都是由准直系统3，色散系统4，聚焦成像系统6及接收系统7组成的。准直系统，色散系统，成像系统均可以各自或同时采用反射式，准直系统，色散系统和成像系统之中的两者或三者也可能重合成一个系统，从而形成多种多样的光谱仪器结构。
光谱仪器(图1所示)的工作原理是：被测光被引入到狭缝1上，光通过狭缝和准直镜2，变成平行光再投射到色散系统4，通过色散系统，不同波长的光被分散成不同方向的平行光，再经过聚焦成像镜5，不同波长的光被聚焦成像到像面上不同的位置，像面上得到了各波长的狭缝像。接收系统7接收到不同位置的光强也就得到了各波长的光辐射值。接收系统可以是人眼，胶片或光电转换装置；其中光电转换装置又可以是单个光电转换器件加上相应的处理电路和多个光电转换器的阵列(如CCD图像传感器，CMOS图像传感器，光电二极管阵列)加上相应的处理电路。在其他条件不变的前提下，扩大狭缝以摄入更多的光能量可以提高光谱仪器的灵敏度，但是扩大狭缝的宽度(图1纸面的上下方向)会导致光谱仪器的分辨率的下降；而增加狭缝的高度(与图1纸面垂直的方向)必须同时增加接收系统接收传感面的高度，因为现在光谱仪器的聚焦成像系统是旋转对称的，它的纵向横向放大率是一致的，要保证分辨率不改变，必须保证横向放大率不变，那么纵向放大率也不能改变。所以狭缝的高度增加，其像的高度也随之增加了，接收系统接收传感面的高度也要跟着增加，这不仅会增大成本，特别是采用多个光电转换器的阵列的接收系统；而且，增加接收传感面的高度也就是说增大了传感面的面积，器件噪声也可能增大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种光谱仪器的改进，该光谱仪应具有灵敏度高、分辨率高的特点。
本发明提出的技术方案是：
一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统与接收系统之间，其特征在于：所述的聚焦成像系统包括横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统，两个系统相互垂直独立设置，经色散系统分散的平行光依次通过相互垂直的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统后，由接收系统接收。
所述的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统分别由纵向设置的柱面镜系统和横向设置的柱面镜系统构成，使得经过色散系统的光先进行横向聚焦成像，然后进行纵向聚焦成像。
所述的纵向设置的柱面镜系统的放大率大于横向设置的柱面镜系统的放大率。
所述的纵向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。
所述的纵向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。
所述的横向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。
所述的横向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。
本发明的工作原理是：由于光谱仪中的聚焦成像系统由两个相互垂直独立的柱面镜系统组成，从色散系统过来的不同方向的平行光首先经过纵向设置的柱面镜系统，只进行了横向聚焦(纵向没有变化)，然后穿过横向设置的柱面镜系统，这些光线又一次进行了纵向聚焦(横向没有变化)，最后投射到像面上，由接收系统接收。
本发明提供的光谱仪器聚焦成像系统，由于纵向设置的柱面镜系统与横向设置的柱面镜系统的放大率不同，所以通过减小纵向放大率，使纵向的光尽量集中，从而明显提高仪器的灵敏度；同时又由于横向聚焦与纵向聚焦是相互独立的，很容易通过调整纵向聚焦的柱面镜系统和横向聚焦的柱面镜系统的相对位置来使横向像面和纵向像面重合，从而确保仪器具有较高的分辨率。
附图说明
图1是现有光谱仪的光路结构示意图。
图2是本发明一种实施例的主视结构示意图。
图3是图2实施例的俯视结构示意图。
图4是本发明另一种实施例的主视结构示意图。
图5是图4实施例的俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的实施例作进一步的详细说明。
一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统与接收系统之间，包括横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统，横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统相互垂直独立设置；经过色散系统4的平行光先在横向(狭缝宽度的方向)聚焦，再在纵向(狭缝高度的方向)聚焦；使纵向像面和横向像面重合，由接收系统7接收。
由于横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统成像被调整在同一个像面上，纵向聚焦成像系统的焦距小于横向聚焦成像系统的焦距，因此，纵向放大率应当小于横向放大率。
具体的工作过程是(如图3、图4所示)：被测光通过狭缝1，被准直镜(凸透镜，焦距fi)转换成平行光再投射到色散系统上，经过色散系统不同波长的光被分散成不同方向的平行光；这些平行光首先经过横向聚焦成像系统进行横向聚焦(横向焦距foh)，然后经过纵向聚焦成像系统进行纵向聚焦(纵向焦距fov)，聚焦在同一像面上，横向放大率Kh＝foh/fi，纵向放大率Kv＝fov/fi；因此当我们缩短fov时，纵向放大率Kv减小，使光在纵向方向上更加集中，从而提高仪器的灵敏度；同时又由于横向聚焦系统与纵向聚焦系统是相互独立的，横向放大率Kh可以保持不变，而且可以通过调整纵向聚焦系统和横向聚焦系统的相对位置(仪器出厂前，需进行调整，然后固定不变)使横向像面和纵向像面重合，从而保证仪器分辨率不受到影响。
以上所述的横向聚焦系统与纵向聚焦系统，具体可采用柱面镜系统；可以是凸柱面透镜系统，也可以是凹柱面反射镜，因此可以设计成不同的光路形式；图2、图3所示的结构是横向聚焦系统与纵向聚焦系统均采用凸柱面透镜系统，图4、图5所示的结构是横向聚焦系统采用凹柱面反射镜，纵向聚焦系统采用凸柱面透镜系统。
实施例一：透射结构形式的光谱仪器聚焦成像系统(图2、图3)：
该光谱仪器聚焦成像系统，设置在光谱仪器的色散系统与接收系统之间，包括纵向设置的凸柱面透镜系统8(柱面的母线为纵向)和横向设置的凸柱面透镜系统9(柱面的母线为横向)，凸柱面透镜系统8和凸柱面透镜系统9相互垂直，经过色散系统4的平行光依次通过两个柱面镜系统后，投射到像面上，由接收系统7接收。
实施例二：反射结构形式的光谱仪器聚焦成像系统(图4、图5)：
被测光通过狭缝1，被凹球面反射镜10反射成平行光再投射到平面反射光栅11(色散系统)；经过光栅，不同波长的光被分散成不同方向的平行光，再经过纵向设置的凹柱面反射镜12的反射，这些平行光在横向被聚焦(纵向不变)，接着继续穿越横向设置的凸柱面透镜系统13，又在纵向被聚焦，最后成像到像面14上的不同位置，由接收系统接收。
尚需说明的是；为图面清晰，图4中除聚焦成像系统之外其余元气件全部予以省略。所述的凸柱面透镜系统和凹柱面反射镜均可外购。
本发明不局限于上述具体实施方式，主要涉及的改进点是聚焦成像系统包括纵向设置的柱面镜系统构成横向聚焦成像系统和横向设置的柱面镜系统构成纵向聚焦成像系统，使通过狭缝1被测光，先在狭缝1的宽度方向进行聚焦，再在狭缝1的高度方向进行聚焦，并通过调整纵向聚焦系统和横向聚焦系统的相对位置，使横向像面和纵向像面重合，从而在保证仪器分辨率不变的前提下提高光谱仪器的灵敏度。所以无论准直系统，色散系统，成像系统采用的是透射形式还是反射形式，均落在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1、一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统(4)与接收系统(7)之间，其特征在于：所述的聚焦成像系统(6)包括横向聚焦成像系统(8)和纵向聚焦成像系统(9)，两个系统相互垂直设置，经色散系统分散的平行光依次通过相互垂直的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统后，由接收系统接收。
2、根据权利要求1所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述横向聚焦成像系统(8)和纵向聚焦成像系统(9)分别由纵向设置的柱面镜系统和横向设置的柱面镜系统构成，使得经过色散系统(4)的光先进行横向聚焦成像，然后进行纵向聚焦成像。
3、根据权利要求1或2所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述纵向设置的柱面镜系统的放大率大于横向设置的柱面镜系统的放大率。
4、根据权利要求3所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述的纵向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。
5、根据权利要求3所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述的纵向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。
6、根据权利要求3所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述的横向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。
7、根据权利要求3所述的一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，其特征在于：所述的横向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。
Priority Applications (1)
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| CNA2008100626541A CN101324467A (zh) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | 一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN101324467A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102680098A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-09-19 | 杭州远方光电信息股份有限公司 | 一种光谱测量装置 |
| CN109556719A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-02 | 深圳先进技术研究院 | 一种光谱成像系统及光谱成像方法 |
| TWI812025B (zh) * | 2021-02-25 | 2023-08-11 | 國立臺灣大學 | 全域式軸向可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統 |
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2008
- 2008-07-03 CN CNA2008100626541A patent/CN101324467A/zh active Pending
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