CN104457984A - 一种低杂散光小型单色仪 - Google Patents

一种低杂散光小型单色仪 Download PDF

Info

Publication number
CN104457984A
CN104457984A CN201410840013.XA CN201410840013A CN104457984A CN 104457984 A CN104457984 A CN 104457984A CN 201410840013 A CN201410840013 A CN 201410840013A CN 104457984 A CN104457984 A CN 104457984A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vane group
dihedral vane
light
spherical mirror
arc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410840013.XA
Other languages
English (en)
Inventor
巴音贺希格
尹禄
崔继承
杨晋
姚雪峰
朱继伟
潘明忠
孙慈
杨增鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201410840013.XA priority Critical patent/CN104457984A/zh
Publication of CN104457984A publication Critical patent/CN104457984A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明一种低杂散光小型单色仪，属于光谱技术领域，解决了现有技术中衍射光栅非使用级次光线直接或间接进入探测器引起的杂散光的技术问题；本发明一种低杂散光小型单色仪包括入射针孔、准直球面镜、平面光栅、汇聚球面镜和线阵探测器；本发明还包括圆弧状光栅光阑、倾斜叶片组Ⅰ和倾斜叶片组Ⅱ；目标光线经过入射针孔入射到准直球面镜上，从准直球面镜射出的平行光进入平面光栅，经过平面光栅色散后的非使用级次光线经过圆弧状光栅光阑遮挡，倾斜叶片组的多次反射衰减，最终入射到探测器的杂散光水平具有明显降低。

Description

一种低杂散光小型单色仪
技术领域
本发明属于光谱技术领域，尤其涉及一种低杂散光小型单色仪。
背景技术
光谱仪器作为光谱分析的基本测试设备广泛应用于各行各业。光线在仪器内传播的过程中，每遇到一个光学表面都会发生反射和散射。反射光线的方向遵循反射定律，携带的能量为入射光的能量乘以该光学表面的反射率；散射光线方向具有不确定性，在反射方向上的可能性最大且携带的能量相对最大，越向两边越小，基本服从高斯分布。
杂散光是指到达探测器的目标光线之外的光。杂散光的来源主要有两大类：一类是非目标光线，主要是太阳光以及仪器外部光线；另一类是光源发出的光线在仪器内的光学元件、支架以及内壁上反射、散射的光线。对于第一类杂散光，通常采用遮光罩配合挡光环的结构抑制；对于第二类杂散光，通常采用优化光学元件粗糙度、面型误差等性能参数以及在仪器内壁对杂光贡献较大的位置添加光学陷阱、在关键光学元件处添加光阑的方法抑制。对于单色仪这一类结构简单、以光栅为色散元件的光谱仪器而言，光栅非使用级次依然携带很强的光能是杂散光的主要来源，这些光线入射到光学元件或者仪器壁上反射和散射到达探测器形成杂散光。
随着科技的进步，光谱仪器开始向着小型化、便携化的趋势发展。当仪器的体积减小后，其杂散光影响会相应增强，而在小型光谱仪中杂散光强度的大小直接决定了小型光谱仪器的分辨率和信噪比。
发明内容
本发明的目的是提供一种低杂散光小型单色仪，解决现有技术中过多的杂散光影响光谱仪的分辨率和信噪比的技术问题。
本发明一种低杂散光小型单色仪包括入射针孔、准直球面镜、平面光栅、汇聚球面镜、线阵探测器、前壁和后壁；还包括圆弧状光栅光阑、倾斜叶片组Ⅰ和倾斜叶片组Ⅱ；
目标光线的光路为：从光谱仪的入射针孔进入的光线依次经过准直球面镜、平面光栅、汇聚球面镜成像到线阵探测器上；倾斜叶片组Ⅰ在后壁上，倾斜叶片组Ⅱ在前壁上，圆弧状光栅光阑的圆心与平面光栅几何中心重合，圆弧状光栅光阑的两端点以恰好不遮挡正常成像的边缘光线为基准，经过平面光栅色散后的杂散光的一部分被圆弧状光栅光阑遮挡，杂散光的另一部分分别经过倾斜叶片组Ⅰ和倾斜叶片组Ⅱ多次反射衰减最终到达线阵探测器。
倾斜叶片组Ⅰ以与准直球面镜距离l1不大于5mm；倾斜叶片组Ⅱ以与汇聚球面镜距离l2不大于5mm。
倾斜叶片组Ⅰ每个叶片的倾角φ为55°～65°，高度H为15～20mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～18mm，顶角θ为16°～30°。
倾斜叶片组Ⅰ叶片的数量范围为4～6个。
倾斜叶片组Ⅱ给每个叶片的倾角φ为63°～73°，高度H为10～15mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～15mm，顶角θ为16°～30°。
所述倾斜叶片组Ⅱ叶片的数量范围为1～2个叶片。
圆弧状光栅光阑的半径8～9.2mm，圆心角不大于253°。
本发明的有益技术效果：本发明设置了圆弧状光栅光阑、倾斜叶片组Ⅰ和倾斜叶片组Ⅱ，进而削弱杂散光；圆弧状光栅光阑作用是直接拦截平面光栅衍射产生的非使用级次光线，圆弧状光栅光阑的使用便于在装调过程中旋转光栅，且加工简单；倾斜叶片组的作用是增加入射杂散光的反射次数，从而降低其携带的能量，倾斜叶片组两个叶片连接处设计为圆弧状是为了保证加工过程中走刀方便，可以实现单次走刀完成一个叶片的制造。将倾斜叶片组设置在弧形光阑无法遮拦的光线入射到的关键位置，确保将杂散光降到最低。
附图说明
图1为现有技术的一种低杂散光小型单色仪的结构示意图；
图2为本发明一种低杂散光小型单色仪的结构示意图；
图3为本发明一种低杂散光小型单色仪的倾斜叶片组的示意图。
其中，1、入射针孔，2、准直球面镜，3、平面光栅，4、汇聚球面镜，5、线阵探测器，6、后壁,7、前壁，8、圆弧状光栅光阑，9、倾斜叶片组Ⅰ，10、倾斜叶片组Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参见附图1、附图2和附图3本发明一种低杂散光小型单色仪包括入射针孔1、准直球面镜2、平面光栅3、汇聚球面镜4、线阵探测器5、后壁6和前壁7；还包括圆弧状光栅光阑8、倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10；
目标光线的光路为：从光谱仪的入射针孔1进入的光线依次经过准直球面镜2、平面光栅3、汇聚球面镜4、成像到线阵探测器5上；倾斜叶片组Ⅰ9在后壁上6，倾斜叶片组Ⅱ10在前壁7上，圆弧状光栅光阑8的圆心与平面光栅3几何中心重合，圆弧状光栅光阑8的两端点以恰好不遮挡正常成像的边缘光线为基准，经过平面光栅3色散后的杂散光的一部分被圆弧状光栅光阑8遮挡，杂散光的另一部分分别经过倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10多次反射衰减最终到达线阵探测器5；圆弧状光栅光阑8用于直接拦截平面光栅衍射产生的杂散光，倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10的作用是增加入射杂散光的反射次数。
倾斜叶片组Ⅰ以与准直球面镜2距离l1不大于5mm；倾斜叶片组Ⅱ10以与汇聚球面镜4距离l2不大于5mm。
倾斜叶片组Ⅰ9每个叶片的倾角φ为55°～65°，高度H为15～20mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～18mm，顶角θ为16°～30°。
倾斜叶片组Ⅰ9叶片的数量范围为4～6个。
倾斜叶片组Ⅱ10给每个叶片的倾角φ为63°～73°，高度H为10～15mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～15mm，顶角θ为16°～30°。
倾斜叶片组Ⅱ10叶片的数量范围为1～2个叶片。
圆弧状光栅光阑8的半径8～9.2mm，圆心角不大于253°。
本发明主要针对一类牛顿-艾伯特交叉结构的小体积单色仪，其光学部分体积为80mm×70mm×10mm，采用平面光栅3与准直球面镜2和汇聚球面镜4的交叉结构。入射光线经过入射针孔1入射到准直球面镜2上，从准直球面镜2射出的平行光进入平面光栅3，经过平面光栅3色散后的非使用级次光线一部分被圆弧状光栅光阑8遮挡，未经圆弧状光栅光阑8遮挡的杂散光线分别经过倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10多次反射衰减最终到达线阵探测器5。
圆弧状光栅光阑8的半径8～9.2mm，圆心角不大于253°，圆弧状光栅光阑8的光栅前表面中心为圆弧光阑的圆心。圆弧状光栅光阑8的圆心角以及半径以不遮挡正常光路为标准，恰好与正常光路的边缘光线相切时为圆弧光阑半径与圆心角最大。理论上光阑半径与圆心角越大消杂光效果越好，但是实际设计过程中需要留出一定的距离用于容错误差。
为了达到使其出射光线经过两次以上反射才能到达探测器的目的，并根据需要消除杂散光光线的入射角，设计倾斜叶片组的倾角φ、深度L、高度H、间距D、厚度d、顶角θ等参数指标的一系列约束条件；考虑到加工方便与仪器体积以及重量要求设计出倾斜叶片组的设计参数。
倾斜叶片组Ⅰ9在后壁6位置，以与球面准直镜距离l1不大于5mm的位置为起点设置倾斜叶片组Ⅰ9，每个叶片的倾角φ为55°～65°，高度H为15～20mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～18mm，顶角θ为16°～30°，共4～6个叶片；所有边缘叶片以恰好不遮挡正常光路边缘光线为原则。
倾斜叶片组Ⅱ10在前壁位置，以与汇聚球面镜44距离l2不大于5mm的位置为起点设置倾斜叶片组Ⅱ10，每个叶片为倾角φ为63°-73°，高度H为10-15mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～15mm，顶角θ为16°-30°，共1～2个叶片；所有边缘叶片以恰好不遮挡正常光路边缘光线为原则。
圆弧状光栅光阑8的作用是直接拦截光栅衍射产生的非使用级次光线，光栅光阑设计成圆弧形是为了单色仪装调过程中旋转光栅方便，且加工简单。
倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10的作用是增加光线的反射次数，从而降低其携带的能量，倾斜叶片组Ⅰ9和倾斜叶片组Ⅱ10的每两个叶片连接处设计为圆弧状是为了保证加工过程中走刀方便，可以实现单次走刀完成一个叶片的制造。将倾斜叶片组设置在弧形光阑无法遮拦的光线入射到的关键位置，确保将杂散光降到最低。

Claims (7)

1.一种低杂散光小型单色仪包括入射针孔(1)、准直球面镜(2)、平面光栅(3)、汇聚球面镜(4)、线阵探测器(5)、后壁(6)和前壁(7)，其特征在于，还包括圆弧状光栅光阑(8)、倾斜叶片组Ⅰ(9)和倾斜叶片组Ⅱ(10)；
目标光线的光路为：从光谱仪的入射针孔(1)进入的光线依次经过准直球面镜(2)、平面光栅(3)、汇聚球面镜(4)、成像到线阵探测器(5)上；倾斜叶片组Ⅰ(9)在后壁上(6)，倾斜叶片组Ⅱ(10)在前壁(7)上；圆弧状光栅光阑(8)的圆心与平面光栅(3)几何中心重合，圆弧状光栅光阑(8)的两端点以恰好不遮挡正常成像的边缘光线为基准，经过平面光栅(3)色散后的杂散光的一部分被圆弧状光栅光阑(8)遮挡，杂散光的另一部分分别经过倾斜叶片组Ⅰ(9)和倾斜叶片组Ⅱ(10)多次反射衰减最终到达线阵探测器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，倾斜叶片组Ⅰ(9)以与准直球面镜(2)距离l1不大于5mm；倾斜叶片组Ⅱ(10)以与汇聚球面镜(4)距离l2不大于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，所述倾斜叶片组Ⅰ(9)每个叶片的倾角φ为55°～65°，高度H为15～20mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～18mm，顶角θ为16°～30°。
4.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，所述倾斜叶片组Ⅰ(9)叶片的数量范围为4～6个。
5.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，所述倾斜叶片组Ⅱ(10)给每个叶片的倾角φ为63°～73°，高度H为10～15mm，间距D为4mm，厚度d为1～2mm，深度L为11～15mm，顶角θ为16°～30°。
6.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，倾斜叶片组Ⅱ(10)叶片的数量范围为1～2个叶片。
7.根据权利要求1所述的一种低杂散光小型单色仪，其特征在于，所述圆弧状光栅光阑(8)的半径8～9.2mm，圆心角不大于253°。
CN201410840013.XA 2014-12-30 2014-12-30 一种低杂散光小型单色仪 Pending CN104457984A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410840013.XA CN104457984A (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种低杂散光小型单色仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410840013.XA CN104457984A (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种低杂散光小型单色仪

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104457984A true CN104457984A (zh) 2015-03-25

Family

ID=52904407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410840013.XA Pending CN104457984A (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种低杂散光小型单色仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104457984A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104991849A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 浪潮软件股份有限公司 一种通过zabbix监控Linux进程占用系统资源的方法
CN105004422A (zh) * 2015-07-10 2015-10-28 安徽宝龙环保科技有限公司 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN113109949A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 长春长光格瑞光电技术有限公司 宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的针孔装调方法
WO2023241724A1 (zh) * 2022-06-18 2023-12-21 桂林理工大学 无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844866A (zh) * 2005-04-08 2006-10-11 中国科学院半导体研究所 一种降低光谱仪器中杂散光的结构
JP2008185525A (ja) * 2007-01-31 2008-08-14 Shimadzu Corp 分光器
CN101327905A (zh) * 2005-04-27 2008-12-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种微小型光纤光谱仪狭缝的制作方法
CN102175324A (zh) * 2011-01-26 2011-09-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于面阵探测器的多通道低杂散光光谱仪
CN102226717A (zh) * 2011-04-07 2011-10-26 江阴市嘉臣光电科技有限公司 紫外增强微型光纤光谱仪
CN102538962A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 杭州远方光电信息股份有限公司 一种低杂散光多色仪
CN103759826A (zh) * 2010-04-19 2014-04-30 台湾超微光学股份有限公司 具有杂散光滤除构造的微型光谱仪

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844866A (zh) * 2005-04-08 2006-10-11 中国科学院半导体研究所 一种降低光谱仪器中杂散光的结构
CN101327905A (zh) * 2005-04-27 2008-12-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种微小型光纤光谱仪狭缝的制作方法
JP2008185525A (ja) * 2007-01-31 2008-08-14 Shimadzu Corp 分光器
CN103759826A (zh) * 2010-04-19 2014-04-30 台湾超微光学股份有限公司 具有杂散光滤除构造的微型光谱仪
CN102175324A (zh) * 2011-01-26 2011-09-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于面阵探测器的多通道低杂散光光谱仪
CN102226717A (zh) * 2011-04-07 2011-10-26 江阴市嘉臣光电科技有限公司 紫外增强微型光纤光谱仪
CN102538962A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 杭州远方光电信息股份有限公司 一种低杂散光多色仪

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104991849A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 浪潮软件股份有限公司 一种通过zabbix监控Linux进程占用系统资源的方法
CN105004422A (zh) * 2015-07-10 2015-10-28 安徽宝龙环保科技有限公司 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN105004422B (zh) * 2015-07-10 2017-10-31 安徽宝龙环保科技有限公司 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN113109949A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 长春长光格瑞光电技术有限公司 宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的针孔装调方法
CN113109949B (zh) * 2021-04-09 2022-09-02 长春长光格瑞光电技术有限公司 宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的针孔装调方法
WO2023241724A1 (zh) * 2022-06-18 2023-12-21 桂林理工大学 无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aguilar et al. A fast algorithm for muon track reconstruction and its application to the ANTARES neutrino telescope
CN104457984A (zh) 一种低杂散光小型单色仪
CN108080798B (zh) 一种激光同步双剥蚀系统及其剥蚀方法
US20180188367A1 (en) Tilted image plane lidar
CN201622345U (zh) 一种激光测距装置
CN102221525B (zh) 一种样本检测光学系统、样本分析装置
CN103868526B (zh) 空间光学遥感器三反同轴光学系统视场外杂散光检测方法
Scheepmaker et al. The spatial distribution of star and cluster formation in M 51
CN103076092A (zh) 一种提高光谱分辨率的干涉成像光谱装置及方法
TW201910722A (zh) 光學系統自由曲面面形公差分佈的分析方法
Gaug et al. Using muon rings for the calibration of the Cherenkov telescope array: a systematic review of the method and its potential accuracy
Pfreundt et al. Rapid calculation of the backsheet coupling gain using ray groups
CN107389566B (zh) 一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置
CN102590051B (zh) 一种斜入射激光粒度仪
Pompea et al. Stray light analysis of the Apache Point Observatory 3.5-m telescope system
CN104406691B (zh) 一种基于单个自由曲面的成像光谱仪分光系统
CN106644858B (zh) 一种激光粒度仪及粒度分布测试方法
Scaduto et al. Baffle design and analysis of stray-light in multispectral camera of a Brazilian satellite
CN103809224B (zh) 光学降水测量仪器中的杂散光干扰联合抑制装置
CN204881851U (zh) 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN102538962B (zh) 一种低杂散光多色仪
CN202522502U (zh) 一种斜入射激光粒度仪
CN211954620U (zh) 高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统
CN105356068B (zh) 一种宽带馈源的优化设计方法
CN211401622U (zh) 可变光阑装置及具有可变光阑装置的点源透过率测试系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150325