CN105004422B - 一种超低杂散光光栅光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低杂散光光栅光谱仪，包括入射狭缝、准直镜座、准直镜、光栅座、光栅、会聚镜座、会聚镜、CCD探测器，所述准直镜座、光栅座和会聚镜座均具有迎光面，其中，所述准直镜座和会聚镜座的迎光面斜向设置，在所述CCD探测器的前端入口处还安装有立体光阑，所述立体光阑具有大、小两个端口，其中，所述立体光阑的小端口作为被会聚光束的入射口，大端口连接所述CCD探测器的前端入口。本发明解决了光栅光谱仪杂散光多的问题，杂散光超低，具有良好的经济效果。

Description

一种超低杂散光光栅光谱仪

技术领域

本发明涉及一种光栅光谱仪测量装置，尤其是一种超低杂散光光栅光谱仪。

背景技术

如图1所示，传统的光栅光谱仪包括入射狭缝1、准直镜3、光栅5、会聚镜7、CCD探测器9。其原理如下：光束通过所述入射狭缝1到达准直镜3经过一次反射变成平行光；平行光再进入所述光栅5进行色散后到达会聚镜7，再经所述会聚镜二次反射形成细小的会聚的色散线状光束，被所述CCD探测器9接收。

但是实际情况是，光束进入入射狭缝1后不可能与准直镜3、光栅5、会聚镜7完全匹配。当光束经过这些光学元件后，总有一部分光会照射到这些光学元件外，成为杂散光。这些杂散光会在光栅光谱仪内经过多次反射或散射，到达CCD探测器上，形成背景噪声，大大影响到测量的精确度。

现有市场上造价低的光栅光谱仪的杂散光非常多，导致测量准确度不高；精确度高的光栅光谱仪价格昂贵、体积较大且维护难，限制了其大规模的使用。因此，一种尺寸小、分辨率相对较高且价格低廉的光栅光谱仪非常具有市场价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本发明解决的技术问题为提供一种超低杂散光光栅光谱仪，可以大幅度提高测量精确度且体积小、价格低廉。

为此，本发明所设计的一种超低杂散光光栅光谱仪，包括入射狭缝、准直镜座、准直镜、光栅座、光栅、会聚镜座、会聚镜和CCD探测器，所述准直镜座和会聚镜座均具有迎光面，光束通过所述入射狭缝到达所述准直镜经过一次反射变成平行光再进入所述光栅进行色散后到达所述会聚镜，再经所述会聚镜二次反射形成细小的会聚的色散线状光束被所述CCD探测器接收，其中，所述准直镜座和会聚镜座的迎光面设置为斜面，在所述CCD探测器的前端入口处还安装有立体光阑，所述立体光阑具有大、小两个端口，其中，所述立体光阑的小端口作为被会聚光束的入射口，大端口连接所述CCD探测器的前端入口。

优选地，所述立体光阑呈扁口喇叭状，所述立体光阑的小端口的开口尺寸与被会聚光束的截面尺寸大小一致，所述立体光阑的大端口的开口尺寸与CCD探测器的前端入口的尺寸相一致，所述立体光阑的其他面密封设置。

优选地，在所述光栅光谱仪内部的不影响信号光的部位还填充有多孔隙材料。

优选地，所述准直镜座和会聚镜座的迎光面的表面为平面或圆锥曲面。

优选地，所述孔隙的尺度为毫米级及以下。

优选地，所述多孔隙材料的材质为黑色非金属材质。

本发明所提供的一种超低杂散光光栅光谱仪可以有效抑制杂散光的反射或散射，使得在CCD探测器上的背景噪声最小化。当光束到达所述准直镜座和会聚镜座的迎光面时，由于迎光面是斜向设置使得杂散光到达时会向其他方向进行反射或散射；二次反射形成的光线到达立体光阑的小端口时，由于其开口尺寸与被会聚光束的截面尺寸大小一致，使得只有被会聚光束可以充满立体光阑的入射口，杂散光不能进入立体光阑，从而使得所述CCD探测器接收的杂散光几乎为零。这种超低杂散光光栅光谱仪结构简单，设计精巧，杂散光超低的特点，具有良好的应用价值。

附图说明

图1为传统光栅光谱仪内部结构的俯视图；

图2为本发明实施例中超低杂散光光栅光谱仪内部结构示意图；

图中，附图标记说明如下：

1-入射狭缝；2-准直镜座；3-准直镜；4-光栅座；5-光栅；6-会聚镜座；7–会聚镜；8-立体光阑；9-CCD探测器；10-多孔隙材料；11-信号光；12-杂散光

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

现有技术中的光栅光谱仪存在杂散光的影响，造成测量精度不高，本发明旨在提供一种测量精度高的光栅光谱仪。

如图2所示，本发明实施例所提供的一种超低杂散光光栅光谱仪，包括入射狭缝1、准直镜座2、准直镜3、光栅座4、光栅5、会聚镜座6、会聚镜7、CCD探测器9，所述准直镜座2和会聚镜座6上分布安装有准直镜3和会聚镜7，所述准直镜3和会聚镜7均具有迎光面，光束通过所述入射狭缝1到达所述准直镜3经过一次反射变成平行光再进入所述光栅5色散后到达所述会聚镜7，再经会聚镜7的二次反射形成细小的会聚的色散线状光束被所述CCD探测器9接收。

由于误差的存在，使得所述入射狭缝1不可能与所述准直镜3完全匹配。当光束经过准直镜3时，总有一部分光会照射到准直镜3外的准直镜座2上，成为杂散光12。这些杂散光12会在光谱仪内经过多次反射或散射，大大影响到测量的精确度。因此利用光学原理，本发明将准直镜座2的迎光面设置为斜面，即倾斜的角度与原光法线的夹角大于九十度，其斜面所在的表面可以为平面(即表面平整光滑)或圆锥曲面(即表面为弯曲)，迎光面倾斜一定角度后，当杂散光12照到此斜面后，会向其他方向进行反射或散射，而不会直接或间接被反射进CCD探测器9形成杂散光影响测量。

同理，由于不可避免会有一部分杂散光12通过光栅5到达会聚镜座6，因此，将会聚镜座6的迎光面做成像准直镜座2的迎光面一样，表面为一倾斜的平面或圆锥曲面，这样，又可以将将此杂散光12的大部分反射或散射到其他地方，以防止其进入CCD探测器9影响测量，进一步提高精确度。

传统的光栅光谱仪在光束通过会聚镜反射后直接进入CCD探测器9，使得光束中的杂散光12直接进入CCD探测器9，形成背景噪声影响精确度。因此，本发明在会聚镜座6和CCD探测器9之间设置一立体光阑8，以阻挡杂散光12的进入。同时，由光学知识可知，会聚光束与杂散光12的截面尺寸不同，因此，将立体光阑8的形状设置为为一个端口小、一个端口大具有大、小两个端口的扁口喇叭状。小端口开口尺寸的大小与所在位置的被会聚光束的截面尺寸大小一致，作为被会聚光束的入射口，使得被会聚光束充满立体光阑的入射口，而杂散光不能进入；大端口开口尺寸与CCD探测器9前端入口相配合，其尺寸基本一致；立体光阑8的周围密封，四周涂黑，且表面设计为不光滑形状，便于吸附杂散光12，这样前述的被会聚光线会全部进入CCD探测器9内。

通过前面的分析可知，在光束经过准直镜座2、光栅座4、会聚镜座6时会有杂散光12向各个方向反射或散射。此外，由于光在散射时会损耗能量，可知光在准直镜座2、光栅座4、会聚镜座6等光学元件时反射或散射时能量逐渐损耗，为了更进一步吸收杂散光，防止杂散光和会聚光束一起进入CCD探测器9从而影响测量的精确度。基于此，本发明在所述光栅光谱仪内部不影响信号光的部位还填充有多孔隙材料10，其中间设有多种小孔，尺寸为毫米级及以下，当杂散光线12进入这些孔隙后，会在里面多次进行散射，损耗，衰减，起到“光陷阱”作用。同时黑色可以更好的吸收光线，从而孔隙材料的颜色选择黑色以尽可能的吸收杂散光。而且金属材料易形成反射或散射，从而多孔隙材料选择非金属材料以避免此种情况的发生。在黑色非金属的多孔隙材料10的作用下，可以将杂散光“困”在其中以防止其干扰测量。

本发明所述的超低杂散光光栅光谱仪结构简单，设计精巧，具有杂散光超低的特点，具有良好的应用价值。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的结构进行等效的改进。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含在本发明所涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种超低杂散光光栅光谱仪，包括入射狭缝、准直镜座、准直镜、光栅座、光栅、会聚镜座、会聚镜、CCD探测器，所述准直镜座、光栅座和会聚镜座均具有迎光面，光束通过所述入射狭缝到达所述准直镜经过一次反射变成平行光再进入所述光栅进行色散后到达所述会聚镜，再经所述会聚镜二次反射形成细小的会聚的色散线状光束被所述CCD探测器接收，其特征在于，所述准直镜座和会聚镜座的迎光面设置为斜面，在所述CCD探测器的前端入口处还安装有立体光阑，所述立体光阑具有大、小两个端口，其中，所述立体光阑的小端口作为被会聚光束的入射口，大端口连接所述CCD探测器的前端入口；所述立体光阑呈扁口喇叭状，所述立体光阑的小端口的开口尺寸与被会聚光束的截面尺寸大小一致，所述立体光阑的大端口的开口尺寸与CCD探测器的前端入口的尺寸相一致，所述立体光阑的其他面密封设置。

2.如权利要求1所述的一种超低杂散光光栅光谱仪，其特征在于，在所述光栅光谱仪内部的不影响信号光的部位还填充有多孔隙材料。

3.如权利要求1所述的一种超低杂散光光栅光谱仪，其特征在于，所述准直镜座和会聚镜座的迎光面所在的表面为平面或圆锥曲面。

4.如权利要求2所述的一种超低杂散光光栅光谱仪，其特征在于，所述孔隙的尺度为毫米级及以下。

5.如权利要求4所述的一种超低杂散光光栅光谱仪，其特征在于，所述多孔隙材料的材质为黑色非金属材质。