CN107884387A - 光谱仪及光谱检测系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种光谱仪及光谱检测系统。该光谱仪包括：透光基体，透光基体的外表面包括第一表面区域、第二表面区域、第三表面区域、第四表面区域和第五表面区域，其中，第一表面区域形成为弧面，其上附着有第一反射膜，以形成准直部；第二表面区域形成为弧面，其上附着有第二反射膜，以形成聚焦部；第三表面区域形成为平面，其上附着有第三反射膜，第三反射膜上设置有多条平行刻槽，以形成光栅；第四表面区域形成为平面，其上设置有入射狭缝；第五表面区域上设置有探测器。由此，可提高生产调试效率和光谱仪检测设备的稳定性，提升光谱仪检测设备的抗震、抗冲击能力。同时，可实现光谱仪的小型化，且聚焦部、准直部等无需单独加工，降低生产成本。
Description
技术领域
本公开涉及光谱技术领域，具体地，涉及一种光谱仪及光谱检测系统。
背景技术
当前的光谱检测设备大多是光机调节结构，需要复杂、反复地光机调整才能完成整个光谱检测设备的装调，调试费时费力，生产调试效率低下。并且，这种光机调节结构复杂、且比较占空间，导致光谱检测设备体积优化受到限制，不便于用户使用。另外，由于光谱检测设备稳定性差，因而抗震、抗冲击能力差。此外，光谱仪检测设备中的聚焦镜、准直镜等需要单独加工，生产成本高昂。
发明内容
为了解决相关技术中存在的问题，本公开提供一种光谱仪及光谱检测系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种光谱仪，包括：透光基体，所述透光基体的外表面包括第一表面区域、第二表面区域、第三表面区域、第四表面区域和第五表面区域，其中，所述第一表面区域形成为弧面，且其上附着有第一反射膜，以形成准直部；所述第二表面区域形成为弧面，且其上附着有第二反射膜，以形成聚焦部；所述第三表面区域形成为平面，其上附着有第三反射膜，并且所述第三反射膜上设置有多条平行刻槽，以形成光栅；所述第四表面区域形成为平面，且其上设置有入射狭缝；所述第五表面区域上设置有探测器，其中，经所述入射狭缝入射的光依次经过所述准直部、所述光栅和所述聚焦部后到达所述探测器。
可选地，所述第五表面区域形成为柱面或平面。
可选地，所述透光基体的材质为光学玻璃或树脂。
可选地，所述第一表面区域和/或所述第二表面区域的曲率半径在[10mm,300mm]范围内。
可选地，所述入射狭缝与所述第四表面区域之间的距离和/或所述探测器与所述第五表面区域之间的距离可调。
可选地，所述第一反射膜、所述第二反射膜、所述第三反射膜中的至少一者为金属反射膜，或者为全电介质反射膜。
可选地，所述金属反射膜为铝膜、银膜、金膜中的其中一者。
可选地，所述探测器为电荷稠合器件、互补金属氧化物半导体或光电倍增管。
本公开还提供一种光谱检测系统，包括探头和光谱仪，所述光谱仪为本公开提供的所述光谱仪。
可选地，所述探头为拉曼探头。
通过上述技术方案，通过光谱仪光路一体化设计，将光谱仪的准直部、光栅、聚焦部均加工在一块透光基体上，并将入射狭缝和探测器设置在该透光基体上，这样，光谱仪不再需要复杂、反复的装调，提高了生产调试效率和光谱仪检测设备的稳定性，进而提升了光谱仪检测设备的抗震、抗冲击能力。同时，由于该种采用光路一体化设计的光谱仪不再需要调试结构，空间排布可以更加紧密，可实现光谱仪的小型化，使得光谱仪更加便于用户使用，进而提升了用户体验。此外，该光谱仪检测设备中的聚焦部、准直部等不再需要单独加工，从而降低了生产成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种光谱检测系统的框图。
图2是根据另一示例性实施例示出的一种光谱检测系统的框图。
附图标记说明
1 透光基体 2 准直部
3 聚焦部 4 光栅
5 入射狭缝 6 探测器
7 探头 8 光谱仪
9 待测样品 11 第一表面区域
12 第二表面区域 13 第三表面区域
14 第四表面区域 15 第五表面区域
16 第一反射膜 17 第二反射膜
18 第三反射膜 71 激光器
72 二向色片 73 准直透镜
74 滤光片组 75 聚焦透镜
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
如图1、2所示，该光谱检测系统可以包括探头7和光谱仪8。
其中，探头7可以包括激光器71、二向色片72、准直透镜73、滤光片组74、聚焦透镜75。并且，该探头7可以例如是拉曼探头、荧光探头等。
如图1、2所示，光谱仪8可以包括透光基体1，该透光基体1的外表面可以包括至少五个表面区域，其中，包括第一表面区域11、第二表面区域12、第三表面区域13、第四表面区域14和第五表面区域15。另外，该透光基体1的材质可以例如是光学玻璃、树脂等。
如图1、2所示，第四表面区域14形成为平面，且其上设置有入射狭缝5，该入射狭缝5通常是一条细长狭缝，它可以在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。
在一种实施方式中，该入射狭缝5可以直接贴设于透光基体1的第四表面区域14上。
为了增强入射狭缝5的稳固性，在另一种实施方式中，可以将该入射狭缝5通过固定件固定在透光基体1的第四表面区域14上。
另外，为了增强光谱仪的适用性，上述入射狭缝5与第四表面区域14之间的距离是可调的，并且，二者之间的距离可以在[5mm,10mm]范围内。具体来说，可以通过将入射狭缝5固定到金属件上，通过移动该金属件并用顶丝锁紧在第四表面区域14上来调节入射狭缝5与第四表面区域14之间的距离。
如图1、2所示，上述第一表面区域11形成为弧面，且其上附着有第一反射膜16，以形成准直部2。该准直部2可以对入射狭缝5发出的光进行准直，使其变为平行光。其中，该第一表面区域11的曲率半径可以在[10mm,300mm]范围内，且该第一反射膜16可以是金属反射膜(例如，铝膜、银膜、金膜等)，可以是全电介质反射膜，也可以是二者相结合的金属电介质反射膜。
在一种实施方式中，可以通过在形成为弧面的第一表面区域11上镀上第一反射膜16，使其具有对光线准直的作用，以形成为准直部2。
另外，需要说明的是，上述第一表面区域11的曲率半径并不局限于上述范围，只要能够通过在第一表面区域11上附着第一反射膜16使其具有光线准直功能即可。
如图1、2所示，上述第三表面区域13可以形成为平面，其上附着有第三反射膜18，并且该第三反射膜18上设置有多条平行刻槽，以形成光栅4，其中，相邻平行刻槽之间的距离均相等，即各刻槽等间距分布在第三反射膜18上。
其中，该光栅4为色散元件，它可以使其接收到的光信号在空间上按波长分散成为多条光束，具体来说，经过准直部2准直后的平行光传播到该光栅4后，被该光栅4衍射，由于不同波长的光线具有不同的衍射角，从而将光信号按波长分散为多条光束。
另外，上述第三反射膜18可以是金属反射膜(例如，铝膜、银膜、金膜等)，可以是全电介质反射膜，也可以是二者相结合的金属电介质反射膜。
如图1、2所示，上述第二表面区域12形成为弧面，且其上附着有第二反射膜17，以形成聚焦部3。它可以用于聚焦上述光栅4色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列上述入射狭缝5的像，其中，每个像点对应于一特定波长。其中，该第二表面区域12的曲率半径可以在[10mm,300mm]范围内，且该第二反射膜17可以是金属反射膜(例如，铝膜、银膜、金膜等)，可以是全电介质反射膜，也可以是二者相结合的金属电介质反射膜。
在一种实施方式中，可以通过在形成为弧面的第二表面区域12上镀上第二反射膜17，使其具有聚焦色散后的光束的作用，以形成为聚焦部3。
另外，需要说明的是，上述第二表面区域12的曲率半径并不局限于上述范围，只要能够通过在第二表面区域12上附着第二反射膜17使其具有聚焦色散后的光束的功能即可。
如图1、2所示，上述第五表面区域15上设置有探测器6，它可以用于检测各波长像点的光强度。这样，经入射狭缝5入射的光依次经过准直部2、光栅4和聚焦部3后到达探测器6。
在一种实施方式中，该探测器6可以直接贴设于透光基体1的第五表面区域15上。
为了增强探测器6的稳固性，在另一种实施方式中，可以将该探测器6通过固定件固定在透光基体1的第五表面区域15上。
另外，为了进一步增强光谱仪的适用性，上述探测器6与第五表面区域15之间的距离是可调的，并且，二者之间的距离可以在[5mm,10mm]范围内。具体来说，可以通过将探测器6固定到金属件上，通过移动该金属件并用顶丝锁紧在第五表面区域15上来调节探测器6与第五表面区域15之间的距离。
上述探测器5可以例如是电荷稠合器件(Charge-coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)、光电倍增管等。
此外，为了消除杂散光对光谱仪探测精度的影响，可以将透射基体1上除了第一表面区域11、第二表面区域12、第三表面区域13、第四表面区域14、第五表面区域15之外的其他表面均用消光油墨涂黑。
下面以探头7为拉曼探头为例来具体说明上述光谱检测系统的工作原理：
(1)如图1、2所示，激光器71(例如，光纤激光器)发出的激光照射到二向色片72上，该二向色片72使入射激光以45度角反射到准直透镜73后被聚焦到待测样品9上；(2)待测样品9产生的拉曼信号伴随着激光反射光经过准直透镜73，其中，波长大于激光波长的光可透射该准直透镜73，这样，可以滤除掉99.9％激光，然后，通过二向色片72；(3)通过二向色片72后的光信号中的拉曼信号可以无阻碍地通过滤光片组74，其中，波长大于激光波长的光可透射该滤光片组74，进而对二向色片72未滤除干净的激光信号进行滤除；(4)拉曼信号经过聚焦透镜75聚焦到光谱仪8的入射狭缝5，这样，拉曼探头把光信号聚焦到入射狭缝5；(5)通过入射狭缝5的光信号以发散的角度入射到光谱仪8内部的准直部2上，经过该准直部2准直的光信号被光栅4衍射(不同波长的光线具有不同的衍射角)；(6)所有波长的衍射光线被聚焦部3反射聚焦，到达探测器6表面，从而实现分光探测。
通过上述技术方案，通过光谱仪光路一体化设计，将光谱仪的准直部、光栅、聚焦部均加工在一块透光基体上，并将入射狭缝和探测器设置在该透光基体上，这样，光谱仪不再需要复杂、反复的装调，提高了生产调试效率和光谱仪检测设备的稳定性，进而提升了光谱仪检测设备的抗震、抗冲击能力。同时，由于该种采用光路一体化设计的光谱仪不再需要调试结构，空间排布可以更加紧密，可实现光谱仪的小型化，使得光谱仪更加便于用户使用，进而提升了用户体验。此外，该光谱仪检测设备中的聚焦部、准直部等不再需要单独加工，从而降低了生产成本。
在一种实施方式中，上述第五表面区域15可以形成为平面。示例地，如图1、2所示，上述第三表面区域13、第四表面区域14、第五表面区域15均形成为平面。
在另一种实施方式中，上述第五表面区域15可以形成为柱面，这样，可以有效提高光的收集效率。
另外，需要说明的是，上述光谱仪8中的第一表面区域11、第二表面区域12、第三表面区域13、第四表面区域14和第五表面区域15的位置关系并不局限于图1、图2所示的位置关系。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种光谱仪，其特征在于，包括：透光基体(1)，所述透光基体(1)的外表面包括第一表面区域(11)、第二表面区域(12)、第三表面区域(13)、第四表面区域(14)和第五表面区域(15)，其中，所述第一表面区域(11)形成为弧面，且其上附着有第一反射膜(16)，以形成准直部(2)；所述第二表面区域(12)形成为弧面，且其上附着有第二反射膜(17)，以形成聚焦部(3)；所述第三表面区域(13)形成为平面，其上附着有第三反射膜(18)，并且所述第三反射膜(18)上设置有多条平行刻槽，以形成光栅(4)；所述第四表面区域(14)形成为平面，且其上设置有入射狭缝(5)；所述第五表面区域(15)上设置有探测器(6)，其中，经所述入射狭缝(5)入射的光依次经过所述准直部(2)、所述光栅(4)和所述聚焦部(3)后到达所述探测器(6)。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第五表面区域(15)形成为柱面或平面。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述透光基体(1)的材质为光学玻璃或树脂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光谱仪，其特征在于，所述第一表面区域(11)和/或所述第二表面区域(12)的曲率半径在[10mm,300mm]范围内。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的光谱仪，其特征在于，所述入射狭缝(5)与所述第四表面区域(14)之间的距离和/或所述探测器(6)与所述第五表面区域(15)之间的距离可调。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的光谱仪，其特征在于，所述第一反射膜(16)、所述第二反射膜(17)、所述第三反射膜(18)中的至少一者为金属反射膜，或者为全电介质反射膜。
7.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，所述金属反射膜为铝膜、银膜、金膜中的其中一者。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的光谱仪，其特征在于，所述探测器(6)为电荷稠合器件、互补金属氧化物半导体或光电倍增管。
9.一种光谱检测系统，包括探头和光谱仪，其特征在于，所述光谱仪为根据权利要求1-8中任一项所述的光谱仪。
10.根据权利要求9所述的光谱检测系统，其特征在于，所述探头为拉曼探头。
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