CN112179492B - 光谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光谱仪，包含彼此依序排列的光纤输入端、准直透镜、转轴、光栅、聚焦透镜及焦平面。光纤输入端的入射光经过准直透镜变为第一平行光，此第一平行光包含不同成分的光波长。经由光栅的分光将不同成分的光波长分离为多个不同波长的平行光后，再经由聚焦透镜的聚焦而将输出光射至焦平面上的成像位置。光谱仪可旋转准直透镜与光纤输入端，以改变焦平面上的成像位置。

Description

光谱仪
技术领域
本发明是与光谱仪有关，尤其是关于一种能够调整/校正成像位置的光谱仪。
背景技术
近年来由于电子、生化、医学、光电等各领域蓬勃发展，因此使用光谱仪来分析材料的各种光物理、光化学现象的需求日益增加。光谱仪是物理化学分析仪器的一种，依适用的波长可区分为不同种类的光谱仪，如紫外光-可见光谱仪、近红外线光谱仪和红外线光谱仪等。
光谱仪的主要的功用是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或绕射光栅等构成，当复色光通过分光元件(例如光栅、棱镜)进行分光后，依照光的波长(或频率)的大小依序排列而成的图案。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。利用光谱仪可测量物体表面反射的光线、穿透物体的穿透光和物体的吸收光。
然而，传统的光谱仪在实际应用时仍会遭遇到不少问题，例如使用者不易调整/校正光线聚焦于焦平面上的成像位置，亟待克服。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种光谱仪，以克服现有技术所遭遇到的问题。
依据本发明的一具体实施例为一种光谱仪。于此实施例中，光谱仪包含彼此依序排列的光纤输入端(Fiber input)、准直透镜(Collimator lens)、转轴(Rotating shaft)、光栅(Grating)、聚焦透镜(Focal lens)及焦平面(Focal plane)。光纤输入端提供的入射光经过准直透镜变为第一平行光，此第一平行光包含不同成分的光波长。经由光栅的分光将不同成分的光波长分离为多个不同波长的平行光后，再经由聚焦透镜将其聚焦于焦平面上的成像位置。其中，光谱仪旋转准直透镜与光纤输入端，以改变焦平面上的成像位置。
于一实施例中，当准直透镜与光纤输入端旋转时，光纤输入端的位移方向与焦平面上的成像位置的位移方向彼此相反。
于一实施例中，当光纤输入端向下位移时，焦平面上的成像位置向上位移。
于一实施例中，当光纤输入端向上位移时，焦平面上的成像位置向下位移。
于一实施例中，准直透镜与光纤输入端的旋转方向为顺时针方向或逆时针方向。
依据本发明的另一具体实施例也为一种光谱仪。于此实施例中，光谱仪包含彼此依序排列的光纤输入端(Fiber input)、中继透镜(Relay lens)、准直透镜(Collimatorlens)、光栅(Grating)、聚焦透镜(Focal lens)及焦平面(Focalplane)。光纤输入端提供的入射光经过中继透镜的延伸射至准直透镜而变为第一平行光，并经由光栅的分光将不同成分的光波长分离为多个不同波长的平行光后，再经由聚焦透镜将其聚焦于焦平面上的成像位置。其中，光谱仪移动中继透镜与光纤输入端，以改变焦平面上的成像位置。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端移动时，中继透镜与光纤输入端的位移方向与焦平面上的成像位置的位移方向彼此相反。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端向上位移时，焦平面上的成像位置向下位移。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端向下位移时，焦平面上的成像位置向上位移。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端移动时，中继透镜与光纤输入端的位移方向与入射光射至准直透镜上的入射位置的位移方向彼此相同。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端向上位移时，入射光射至准直透镜上的入射位置也向上位移。
于一实施例中，当中继透镜与光纤输入端向下位移时，入射光射至准直透镜上的入射位置也向下位移。
相较于现有技术，本发明的光谱仪能够简单地通过旋转或位移其输入端元件的方式来上下移动光线聚焦于焦平面上的成像位置，进而达到方便使用者调整/校正光谱仪的成像位置的具体功效。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为本发明的一实施例中的光谱仪的上视图。
图2为图1中的光谱仪的侧视图。
图3为当准直透镜与光纤输入端旋转时，光纤输入端向下位移且焦平面上的成像位置向上位移的示意图。
图4为当准直透镜与光纤输入端旋转时，光纤输入端向上位移且焦平面上的成像位置向下位移的示意图。
图5为本发明的另一实施例中的光谱仪的上视图。
图6为图5中的光谱仪的侧视图。
图7为当中继透镜与光纤输入端向上位移时，焦平面上的成像位置向下位移的示意图。
图8为当中继透镜与光纤输入端向下位移时，焦平面上的成像位置向上位移的示意图。
主要元件符号说明：
1：光谱仪
10：旋转组合
FIN：光纤输入端
CL：准直透镜
RS：转轴
GT：光栅
FL：聚焦透镜
CP：焦平面
L：原始成像位置
L1：第一成像位置
L2：第二成像位置
F1：第一输入位置
F2：第二输入位置
UP：向上
DN：向下
2：光谱仪
20：位移组合
RL：中继透镜
FP：焦点
AX：中心轴
D1：第一距离
D2：第二距离
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
依据本发明的一具体实施例为一种光谱仪。于实际应用中，光谱仪的主要功用是将成分复杂的光分解为光谱线，其可依照光的波长(或频率)的大小顺次排列形成的图案可依适用的波长可区分为不同种类的光谱仪，例如紫外光-可见光谱仪、近红外线光谱仪及红外线光谱仪等，但不以此为限。
请参照图1及图2，图1及图2分别绘示此实施例中的光谱仪的上视图及侧视图。
如图1及图2所示，光谱仪1可包含彼此依序排列的光纤输入端(Fiberinput)FIN、准直透镜(Collimator lens)CL、转轴(Rotating shaft)RS、光栅(Grating)GT、聚焦透镜(Focal lens)FL及焦平面(Focal plane)CP。其中，此实施例中的光纤输入端(Fiberinput)FIN与准直透镜(Collimator lens)CL被设计为可一起旋转，故可将其定义为旋转组合10，但不以此为限。
实际上，准直透镜CL用以将其接收到的多道入射光转变为多道彼此平行的准直光；光栅GT用以作为分光元件，其通过有规律的结构使入射光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制；聚焦透镜FL用以将其接收到的多道入射光聚焦于焦平面CP上。
于此实施例中，光纤输入端FIN提供入射光至准直透镜CL并由准直透镜CL将其变为第一平行光射向光栅GT。接着，光栅GT对第一平行光进行分光后射出多个不同波长的平行光后至聚焦透镜FL，然后，聚焦透镜FL再将其聚焦于焦平面CP上的原始成像位置L。
需说明的是，此实施例中的光谱仪1可通过旋转准直透镜CL与光纤输入端FIN所构成的旋转组合10的方式来达到改变上述的原始成像位置L的效果。于此实施例中，当准直透镜CL与光纤输入端FIN所构成的旋转组合10旋转时，光纤输入端FIN的位置会改变，并且光纤输入端FIN的位移方向会与焦平面CP上的原始成像位置L的位移方向彼此相反。
举例而言，如图3所示，当准直透镜CL与光纤输入端FIN所构成的旋转组合10沿第一旋转方向进行旋转时，若光纤输入端FIN向下DN位移至第一输入位置F1，则焦平面CP上的成像位置将会从原始成像位置L向上UP位移至第一成像位置L1。
于另一实施例中，如图4所示，当准直透镜CL与光纤输入端FIN所构成的旋转组合10沿第二旋转方向进行旋转时，若光纤输入端FIN向上UP位移至第二输入位置F2，则焦平面CP上的成像位置将会从原始成像位置L向下DN位移至第二成像位置L2。
需说明的是，准直透镜CL与光纤输入端FIN所构成的旋转组合10的前述第一旋转方向及第二旋转方向可分别是顺时针方向及逆时针方向，并无特定的限制。换言之，此实施例中的光谱仪1可通过以不同旋转方向旋转其旋转组合10的方式来上下移动焦平面CP上的原始成像位置L，进而达到调整/校正成像位置的效果。
依据本发明的另一具体实施例也为一种光谱仪。请参照图5及图6，图5及图6分别绘示此实施例中的光谱仪的上视图及侧视图。
如图5及图6所示，光谱仪2可包含彼此依序排列的光纤输入端FIN、中继透镜(Relay lens)RL、准直透镜CL、光栅GT、聚焦透镜FL及焦平面CP。其中，此实施例中的光纤输入端FIN与中继透镜RL被设计为可一起位移，故可将其定义为位移组合20，但不以此为限。
实际上，中继透镜RL通常由安装于镜筒中的两组镜片所构成，但不以此为限。构成中继透镜RL的镜片可以是普通球面透镜，也可以是非球面透镜，端视实际需求而定。中继透镜RL的主要功用在于：有效延伸成像系统的焦距长度，并可减少机构上的干涉。
于此实施例中，光纤输入端FIN提供的入射光经由中继透镜RL的延伸后射至准直透镜CL，然后再由准直透镜CL输出第一平行光，并由光栅GT对第一平行光进行分光后射出多个不同波长的平行光后至聚焦透镜FL，再由聚焦透镜FL将其聚焦于焦平面CP上的原始成像位置L。
需说明的是，此实施例中的光谱仪2可通过移动中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20的方式来达到改变上述的原始成像位置L的效果。
于此实施例中，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20尚未移动时，中继透镜RL与光纤输入端FIN对齐中心轴AX。当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20开始移动时，中继透镜RL与光纤输入端FIN会开始偏离中心轴AX，并且中继透镜RL与光纤输入端FIN的位移方向会与焦平面CP上的原始成像位置L的位移方向相反。
举例而言，如图7所示，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20向上UP位移(亦即向上UP偏离中心轴AX)第一距离D1时，焦平面CP上的成像位置会由原始成像位置L向下DN位移至第二成像位置L2。
如图8所示，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20向下DN位移(亦即向下DN偏离中心轴AX)第二距离D2时，焦平面CP上的成像位置会由原始成像位置L向上UP位移至第一成像位置L1。
换言之，此实施例中的光谱仪2可通过以不同方向移动其位移组合20的方式来达到上下移动焦平面CP上的原始成像位置L，进而达到调整/校正成像位置的效果。
除此之外，于此实施例中，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20开始移动时，位移组合20所提供的入射光射至准直透镜CL上的入射位置也会随之改变，并且中继透镜RL与光纤输入端FIN的位移方向与入射光射至准直透镜CL上的入射位置的位移方向彼此相同。
举例而言，如图7所示，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20向上UP位移(亦即向上UP偏离中心轴AX)第一距离D1时，入射光射至准直透镜CL上的入射位置也会向上UP位移(亦即向上UP偏离中心轴AX)。
如图8所示，当中继透镜RL与光纤输入端FIN构成的位移组合20向下DN位移(亦即向下DN偏离中心轴AX)第二距离D2时，入射光射至准直透镜CL上的入射位置也会向下DN位移(亦即向下DN偏离中心轴AX)。
相较于现有技术，本发明的光谱仪能够简单地通过旋转或位移其输入端元件的方式来上下移动光线聚焦于焦平面上的成像位置，进而达到方便使用者调整/校正光谱仪的成像位置的具体功效。

Claims (10)

1.一种光谱仪，其特征在于，包含：
彼此依序排列的一光纤输入端、一准直透镜、一转轴、一光栅、一聚焦透镜以及一焦平面，该光纤输入端提供的一入射光经过该准直透镜变为一第一平行光，然后经由光栅的分光将不同成分的光波长分离为多个不同波长的平行光后，再经由该聚焦透镜将其聚焦于该焦平面上的一成像位置；
其中，该光谱仪旋转该准直透镜与该光纤输入端，以改变该焦平面上的该成像位置，当该准直透镜与该光纤输入端旋转时，该光纤输入端的位移方向与该焦平面上的该成像位置的位移方向彼此相反。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，当该光纤输入端向下位移时，该焦平面上的该成像位置向上位移。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，当该光纤输入端向上位移时，该焦平面上的该成像位置向下位移。
4.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，该准直透镜与该光纤输入端的旋转方向为顺时针方向或逆时针方向。
5.一种光谱仪，其特征在于，包括：
彼此依序排列的一光纤输入端、一中继透镜、一准直透镜、一光栅、一聚焦透镜以及一焦平面，该光纤输入端的一入射光经过该中继透镜射至该准直透镜而变为一第一平行光，经由光栅的分光将不同成分的光波长分离为多个不同波长的平行光后，再经由该聚焦透镜将其聚焦于该焦平面上的一成像位置；
其中，该光谱仪移动该中继透镜与该光纤输入端，以改变该焦平面上的该成像位置，当该中继透镜与该光纤输入端移动时，该中继透镜与该光纤输入端的位移方向与该焦平面上的该成像位置的位移方向彼此相反。
6.根据权利要求5所述的光谱仪，其特征在于，当该中继透镜与该光纤输入端向上位移时，该焦平面上的该成像位置向下位移。
7.根据权利要求5所述的光谱仪，其特征在于，当该中继透镜与该光纤输入端向下位移时，该焦平面上的该成像位置向上位移。
8.根据权利要求5所述的光谱仪，其特征在于，当该中继透镜与该光纤输入端移动时，该中继透镜与该光纤输入端的位移方向与该入射光射至该准直透镜上的一入射位置的位移方向彼此相同。
9.根据权利要求8所述的光谱仪，其特征在于，当该中继透镜与该光纤输入端向上位移时，该入射光射至该准直透镜上的该入射位置也向上位移。
10.根据权利要求8所述的光谱仪，其特征在于，当该中继透镜与该光纤输入端向下位移时，该入射光射至该准直透镜上的该入射位置也向下位移。
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