CN106441572A - 紧凑型高通量光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝，反射光栅，一组具有准直功能和成像功能的透镜组，以及探测器；其中：光由所述入射狭缝进入所述光谱仪，所述入射狭缝用于保证所述光谱仪的分辨率并减少外界杂散光进入所述光谱仪；所述反射光栅，用于对经由入射狭缝进入的入射光进行衍射分光；所述透镜组，用于对由入射狭缝进入的入射光进行准直，使入射光变为平行光后射向反射光栅，同时对由反射光栅衍射后的衍射光进行会聚成像；所述探测器，用于接收经透镜组会聚的光谱。本发明大大简化了结构，有利于仪器的小型化和便携化，同时具有高通量的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光谱测量仪器技术领域的光谱仪，具体地，涉及一种紧凑型高通量光谱仪。
背景技术
目前广泛应用于光谱仪器中的单色器主要有以下几种：李特洛系统、艾伯特—法斯梯系统、切尔尼—特纳系统、夏帕—格兰系统等。这些单色器系统光路基本上采用反射式结构，采用凹面反射镜作为准直镜，入射光变为平行光后入射在光栅上，经光栅分光衍射后再通过凹面反射镜将光谱聚焦在探测器上。凹面反射镜会带来像散及像场弯曲，通常需要限制反射镜的尺寸以使这些像差减小。在这些系统中，反射镜的尺寸及紧凑的结构使入射光束的数值孔径限制在较小的范围以内，光通量较小，不利于弱光探测。
传统的透射单色器光路分别采用透镜组作为准直镜和会聚镜，由于透镜组可以消像差，故可以采用较大的口径，可以使系统有较大的数值孔径，提高了光通量，但准直光路和会聚光路的两组透镜增加了结构体积，不利于仪器的便携化。
经检索,公开号为CN101493357A的中国发明专利，公开一种宽频带光谱仪，它包括光源、光源准直系统、起偏振器、光学活性物质构成的偏振旋转片、检偏振器、探测器和数据采集控制系统，光源准直系统由两棱镜组成,在光源至探测器的光路上依次排列安装有光源、光源准直系统、起偏振器、光学活性物质构成的偏振旋转片、检偏振器、聚光棱镜及探测器。
但是上述专利采用了两组透镜分别作为准直镜和会聚镜，增加了结构体积，不利于便携化，且可能会带来成本的增加。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种紧凑型高通量光谱仪，能够提高出射光谱的光能量，同时采用同一组透镜组作为准直镜和会聚镜，减小了结构体积，便于仪器便携化。
为实现以上目的，本发明提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝，反射光栅，一组具有准直功能和成像功能的透镜组，以及探测器；其中：
光由所述入射狭缝进入所述光谱仪，所述入射狭缝用于保证所述光谱仪的分辨率并减少外界杂散光进入所述光谱仪；
所述反射光栅，用于对经由入射狭缝进入的入射光进行衍射分光；
所述透镜组，用于对由入射狭缝进入的入射光进行准直，使入射光变为平行光后射向反射光栅，同时对由反射光栅衍射后的衍射光进行会聚成像；
所述探测器，用于接收经透镜组会聚的光谱。
优选地，经由所述入射狭缝入射的光经透镜组后变为平行光入射到反射光栅上，经反射光栅衍射分光后沿原路返回，反方向通过透镜组，并由透镜组成像聚焦后由探测器接收。
优选地，所述入射狭缝沿反射光栅刻线方向偏离透镜组轴线放置，偏轴距离大小的确定需要满足由此带来的像差在允许的范围内。
优选地，所述探测器为线阵CCD，或者为面阵CCD。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明将光谱仪光学结构中的准直镜和会聚镜合并为同一组透镜，结构简单紧凑，减小了结构体积，便于仪器便携化。同时增大了入射光的数值孔径，提高了入射光的光通量，从而提高出射光谱的光能量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a、图1b为本发明一优选实施例光谱仪的光路结构示意图；
图2为本发明一优选实施例三合透镜组示意图；
图3为本发明实施例应用在光谱仪上实际测量得到的汞氩灯光谱和传统的反射式光谱仪测量得到的汞氩灯光谱的对比图；
图中：1为入射狭缝，2为透镜组，3为反射光栅，4为探测器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1a、1b所示，本实施例提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝1、一组具有准直功能和成像功能的透镜组2、反射光栅3和探测器4，其中：
所述入射狭缝1用于将待检测的光导入所述光谱仪，同时减少外界杂散光进入所述光谱仪；
所述反射光栅3，用于对经由入射狭缝进入的入射光进行衍射分光；
所述透镜组2用于对由入射狭缝1入射的光进行准直，使其变为平行光后射向反射光栅3，同时对由反射光栅3衍射后的衍射光进行会聚成像；
所述探测器4，用于接收经透镜组2会聚的光谱。
本实施例大大简化了结构，有利于仪器的小型化和便携化，同时具有高通量的特点。
实施例2
本实施例提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝1、一组具有准直功能和成像功能的透镜组2、反射光栅3和探测器4，与实施例1不同之处在于：
所述探测器4采用面阵CCD，2048×64像素，每个像素14×14；探测器4与入射狭缝1反方向偏离光轴3mm放置。
实施例3
本实施例提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝1、一组具有准直功能和成像功能的透镜组2、反射光栅3和探测器4，与实施例1不同之处在于：
所述入射狭缝1沿反射光栅刻线方向偏离透镜组2轴线放置，偏轴距离大小的确定需要满足由此带来的像差在允许的范围内。
所述入射狭缝1的尺寸为1mm×50μm，沿反射光栅刻线方向偏光轴3mm放置；
图1b中，d表示入射狭缝1反方向偏离光轴的距离3mm。
实施例4
本实施例提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝1、一组具有准直功能和成像功能的透镜组2、反射光栅3和探测器4，与实施例1不同之处在于：
如图2所示，所述透镜组2采用三合透镜组，其直径为40mm、有效焦距为94mm，物方数值孔径为：NA＝0.17，F/#＝2.8。
实施例5
本实施例提供一种紧凑型高通量光谱仪，包括：入射狭缝1、一组具有准直功能和成像功能的透镜组2、反射光栅3和探测器4，与实施例1不同之处在于：
所述反射光栅3与光轴夹角即图1a中的θ为32.5°，反射光栅常数为1/1200mm。
下面给出上述实施例中所述光谱仪的实际测量结果：
如图3所示，为应用在所述光谱仪上实际测量得到的汞氩灯光谱图和在同等条件下用传统的反射式光谱仪测量得到的汞氩灯光谱的对比图，可见光通量提高了1.5～2倍。
本发明紧凑型高通量光谱仪，将光谱仪光学结构中的准直镜和会聚镜合并为同一组透镜，结构简单紧凑，同时增大了入射光的数值孔径，提高了入射光的光通量，从而提高出射光谱的光能量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种紧凑型高通量光谱仪，其特征在于，包括：入射狭缝，反射光栅，一组具有准直功能和成像功能的透镜组，以及探测器；其中：
光由所述入射狭缝进入所述光谱仪，所述入射狭缝用于保证所述光谱仪的分辨率并减少外界杂散光进入所述光谱仪；
所述反射光栅，用于对经由入射狭缝进入的入射光进行衍射分光；
所述透镜组，用于对由入射狭缝进入的入射光进行准直，使入射光变为平行光后射向反射光栅，同时对由反射光栅衍射后的衍射光进行会聚成像；
所述探测器，用于接收经透镜组会聚的光谱。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型高通量光谱仪，其特征在于，经由所述入射狭缝入射的光经透镜组后变为平行光入射到反射光栅上，经反射光栅衍射分光后沿原路返回，反方向通过透镜组，并由透镜组成像聚焦后由探测器接收。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种紧凑型高通量光谱仪，其特征在于，所述入射狭缝沿反射光栅刻线方向偏离透镜组轴线放置，偏轴距离大小的确定需要满足由此带来的像差在允许的范围内。
4.根据权利要求1-2任一项所述的一种紧凑型高通量光谱仪，其特征在于，所述探测器为线阵CCD，或者为面阵CCD。
5.根据权利要求1-2任一项所述的一种紧凑型高通量光谱仪，其特征在于，所述透镜组采用三合透镜组。
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