CN118129900A - 光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光谱仪，包括色散器件、聚焦器件、探测器，色散器件用于实现不同波段光的分束，聚焦器件配置为将不同波段光会聚于不同位置，探测器用于感测聚焦器件出射的会聚光，所述光谱仪还包括望远系统，所述色散器件、望远系统、聚焦器件沿着光路传输方向排列，所述望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角；通过在色散器件与聚焦器件之间设置望远系统，利用望远系统对色散器件的出射光进行调制，使得望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角，能够允许减小聚焦器件的焦距并保证每个通道的光都能充分投射到探测器上，从而缩短色散器件与探测器之间的距离，有利于光谱仪的小型化。

Description

光谱仪

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光谱仪。

背景技术

光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，通常由色散器件、聚焦器件和探测器等组成。示例性，如图1，入射光经过色散器件10分光后，不同波段的光束按照特定的角度分散开，再由聚焦器件20会聚于探测器30上的不同位置，并由探测器感测不同波段光束的强度，从而形成光谱图像或数据。

现有的光谱仪为了提升色散器件的效率(例如光栅的衍射效率)，通常采用多通道的设计方案，来尽量减小每个通道的带宽。然而，由于受到光栅的衍射效率、尺寸结构等因素的限制，色散器件出射光的色散角度较难增大，为保证每个通道的光都能充分投射到探测器上，通常会增大聚焦器件的焦距，从而导致色散器件与探测器之间的距离增加，不利于光谱仪的小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利于小型化的光谱仪。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种光谱仪，包括：

色散器件，用于实现不同波段光的分束；

聚焦器件，配置为将不同波段光会聚于不同位置；

探测器，用于感测聚焦器件出射的会聚光；

所述光谱仪还包括望远系统，所述色散器件、望远系统、聚焦器件沿着光路传输方向排列，所述望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述望远系统包括沿着光路传输方向排列的第一光学件和第二光学件，所述第一光学件的焦点与第二光学件的焦点处于同一位置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一光学件焦距的绝对值大于第二光学件焦距的绝对值。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述望远系统包括第一光学件以及第二光学件，所述第一光学件、第二光学件、聚焦器件沿着光轴排列。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向间隔设置，所述聚焦器件与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件的焦距，f2为第一光学件的焦距，f3为第二光学件的焦距，d2为聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向的间距，M＝f2/f3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向重合，所述聚焦器件与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件的焦距，f2为第一光学件的焦距，f3为第二光学件的焦距，M＝f2/f3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述望远系统的放大倍率小于零；

或者，所述望远系统的放大倍率大于零，所述望远系统还包括光阑，所述第一光学件、光阑、第二光学件沿着光轴排列。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述色散器件配置为衍射光学元件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述色散器件包括衍射光学元件以及棱镜，所述衍射光学元件与棱镜沿着光路传输方向排列。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光谱仪包括沿着光路传输方向排列的两个色散器件，每个色散器件均包括衍射光学元件以及棱镜，同一色散器件的衍射光学元件与棱镜沿着光路传输方向排列。

与现有技术相比，本发明的实施方式中通过在色散器件与聚焦器件之间设置望远系统，利用望远系统对色散器件的出射光进行调制，使得望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角，能够允许减小聚焦器件的焦距并保证每个通道的光都能充分投射到探测器上，从而缩短色散器件与探测器之间的距离，有利于光谱仪的小型化。

附图说明

图1是现有技术中光谱仪的光路示意图；

图2是本发明中光谱仪的第一实施例的光路示意图；

图3是图2中光谱仪的具体实施方式的光路示意图；

图4是本发明中光谱仪的第二实施例的光路示意图；

图5是图4中光谱仪的具体实施方式的光路示意图；

图6是本发明中光谱仪的第三实施例的光路示意图；

图7是本发明中光谱仪的第四实施例的光路示意图；

图8是本发明中光谱仪的第五实施例的光路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。

参考图2所示，本发明提供了光谱仪的第一实施例。

一种光谱仪，包括色散器件10、聚焦器件20、探测器30。本实施例中，色散器件10、聚焦器件20、探测器30沿着光路传输方向排列，即入射光先后经过色散器件10、聚焦器件20、探测器30后出射。

具体的，色散器件10用于实现不同波段光的分束。本实施例中，如图2，合束的入射光(如图中实线所示)经过色散器件10后，分束为波段不同(例如波长为λ1、λ2、λ3)的出射光(如图中λ1对应的虚线、λ2对应的点划线、λ3对应的双点划线所示)。色散器件10可以配置为光栅和/或棱镜。其中，光栅利用光线的衍射进行分束(或者分光)；棱镜则是基于斯涅尔定律，利用同一介质中不同单色光的光程差不同将光谱展开。

具体的，聚焦器件20配置为将不同波段光会聚于不同位置。本实施例中，通过聚焦器件20进行傅里叶变化，能够将不同波段光(例如波长为λ1、λ2、λ3的光)聚焦至光谱仪系统像面的不同位置，便于探测器30的感测。

具体的，探测器30用于感测聚焦器件20出射的会聚光。本实施例中，探测器30的感测面设置于光谱仪系统像面上。聚焦器件20将不同波段光会聚于探测器30感测面的不同位置，便于探测器30感测不同波段光束的强度，从而形成光谱图像或数据。

进一步的，所述光谱仪还包括望远系统，所述色散器件10、望远系统、聚焦器件20沿着光路传输方向排列。本实施例中，色散器件10、望远系统、聚焦器件20沿着光路传输方向依次排列，即入射光依次经过色散器件10、望远系统、聚焦器件20后出射至探测器30。

具体的，所述望远系统出射光的色散角θ2大于色散器件10出射光的色散角θ1。本实施例中，如图2，入射光先经过色散器件10后，进行了第一次分束，第一次分束后出射光的色散角(或者发散角)为θ1，即色散器件10出射光的色散角为θ1。入射光(即色散器件10的出射光)经过望远系统后，进行了第二次分束，第二次分束后出射光的色散角为θ2，即望远系统出射光的色散角为θ2。由于望远系统出射光的色散角θ2大于色散器件10出射光的色散角θ1，因此望远系统起到增大色散角(或者发散角)的作用。

而且，经过望远系统增大出射光的色散角后，望远系统还增大了入射至聚焦器件20上光束的入射角度。并且，增加望远系统后，不会改变角分辨率，保证了光谱分辨率不受影响，而总长度却有所减小。相比于改变光栅的色散程度(例如改变线密度)来提升出射光束色散角的方案而言，增加望远系统的方案更简单，设计和制造成本更低。

通过在色散器件10与聚焦器件20之间设置望远系统，利用望远系统对色散器件10的出射光进行调制，使得望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角，能够允许减小聚焦器件20的焦距并保证每个通道的光都能充分投射到探测器30上，从而缩短色散器件10与探测器30之间的距离，有利于光谱仪的小型化。

具体的，所述望远系统包括沿着光路传输方向排列的第一光学件401和第二光学件402。本实施例中，入射至望远系统的入射光(即色散器件10的出射光)，先后经过第一光学件401和第二光学件402后，出射至聚焦器件20。

具体的，所述第一光学件401的焦点与第二光学件402的焦点处于同一位置。本实施例中，入射至望远系统的入射光(即色散器件10的出射光)呈现大光斑、小色散角的平行光，由于第一光学件401与第二光学件402形成共焦系统，使得望远系统出射的光(即入射至聚焦器件20的入射光)呈现小光斑、大色散角的平行光，即望远系统的出射光为平行光。

具体的，所述第一光学件401焦距的绝对值大于第二光学件402焦距的绝对值。本实施例中，具有一定放大倍率的望远系统能够压缩光程，起到降低色散器件10与探测器30之间距离的作用，也即起到缩小光谱仪(即由色散器件10、望远系统、聚焦器件构成的整体)的光学总长(TTL)的作用。根据色散器件10出射光的色散角以及望远系统出射光所需的色散角，确定望远系统所需的放大倍率M，继而确定第一光学件401和第二光学件402的焦距值。其中，M＝f2/f3，f2为第一光学件401的焦距，f3为第二光学件402的焦距。

进一步的，所述望远系统包括第一光学件401以及第二光学件402，所述第一光学件401、第二光学件402、聚焦器件20沿着光轴排列。本实施例中，第一光学件401和第二光学件402均优选为单片的透镜，聚焦器件优选为透镜(例如聚焦透镜)，第一光学件401、第二光学件402、聚焦器件20沿着光轴排列，能够缩小光谱仪的口径。第一光学件401或者第二光学件402的焦距可以大于零或者小于零，焦距大于零即表示该透镜具有正光焦度，焦距小于零即表示该透镜具有负光焦度。

在未示出的实施例中，第一光学件401和第二光学件402可以选用反射镜，例如凹面或者凸面结构的反射镜。第一光学件401和第二光学件402还可以是透镜组，例如双胶合透镜组、多片式透镜组。

图1所示的现有技术中，光谱仪的光学总长(TTL)等于d+f，其中d为色散器件10与聚焦器件20沿着光轴方向的间距、f为聚焦器件20的焦距。该光谱仪的空间分辨率为2.44F/#×l ambda，或者将空间分辨率改成像空间位置与入射角的关系为uf，其中u为入射角度。该方案中，合束光(1550±20nm波段)从空气中沿着45°角入射至色散器件10后，分束为1530nm、1550nm、1570nm波长的三束光出射至空气，中心波长光沿着45°角从色散器件10出射，色散器件10出射光的色散角度为3°，聚焦器件20的焦距为100mm，光谱仪像面空间分散度为+2.55mm和-2.62mm，光谱仪的光学总长为110mm。

进一步的，所述聚焦器件20与第二光学件402沿着光轴方向间隔设置。本实施例中，聚焦器件20与第二光学件402分体设置，相比于两者构成一个整体(例如相互固定)的方案而言，光谱仪的设计更为简单。

具体的，所述聚焦器件20与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件20的焦距，f2为第一光学件401的焦距，f3为第二光学件402的焦距，d2为聚焦器件20与第二光学件402沿着光轴方向的间距，M＝f2/f3。

在本实施例中，如图2，由于第一光学件401、第二光学件402、聚焦器件20沿着光轴排列，因此光谱仪的光学总长(TTL)等于d1+f2+f3+d2+f1，其中d1为色散器件10与聚焦器件20沿着光轴方向的间距。光谱仪的空间分辨率为2.44F/#×l ambda，或者将空间分辨率改成像空间位置与入射角的关系为uMf1，M为望远系统的放大倍率，即f2/f3。可见，第一实施例的分辨率与图1中现有技术的分辨率相同时需要满足f＝|M|f1，从而推导出公式(1)。光谱仪的各个组件满足公式(1)后，相比于未设置望远系统的方案(即图1的方案)而言，能够减小色散器件10与探测器30之间的距离的同时，保证光谱仪的空间分辨率不变。

具体的，所述望远系统的放大倍率M小于零。本实施例中，M＜0时，光谱仪系统像面呈现倒立的像。由于M＜0，且M＝f2/f3，因此f2或f3中的一个为负数。从而，相比于M＞0的方案而言，第一光学件401与第二光学件402之间的距离(即f2+f3)更小，光谱仪的光学总长和光程也更短。而且，相比于M＞0的方案而言，无需设置额外的光学件(例如光阑)，使得光谱仪(即望远系统)的结构更简单。

具体的，所述色散器件10配置为衍射光学元件101。本实施例中，色散器件10仅由衍射光学元件101构成，使得色散器件10的结构更简单，并且色散器件10的入射端和出射端均处于同一介质(空气)中，便于控制或获得色散器件10的入射光和出射光的角度。衍射光学元件101配置为透射光栅，光栅可以选用结构大于波长的普通线光栅、闪耀光栅、倾斜光栅，也可以选用结构小于波长的超表面光栅。因此，光谱仪构成光栅光谱仪，相比于棱镜光谱仪具有读取速度快、波长范围广等优点。

在未示出的实施例中，色散器件10还可以仅由棱镜构成，从而构成棱镜光谱仪，棱镜光谱仪具有价格低、光谱无重叠、稳定性好等优点。

参考图3所示，本发明提供了光谱仪第一实施例的优选实施方式。

具体的，第一光学件401的焦距f2为20mm，即第一光学件401具有正光焦度，第一光学件401配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。第二光学件402的焦距f3为-2mm，即第二光学件402具有负光焦度，第二光学件402配置为对光线起到发散作用的透镜(例如凹透镜)。聚焦器件20的焦距f1为4mm，即聚焦器件20具有正光焦度，聚焦器件20配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。光谱仪的各个组件的结构和排布方式满足公式(1)。合束光从空气中沿着45°角入射至色散器件10后，分束为1530nm、1550nm、1570nm波长的三束光出射至空气，中心波长光沿着45°角从色散器件10出射，经过色散器件10(即衍射光学元件101)后的出射光的色散角为2.96°。望远系统的放大倍率M为10X，经过望远系统的调制后，望远系统出射光的色散角为30.33°，光谱仪系统像面的空间色散分开的距离为1.82mm，光谱仪的光学总长(TTL)为32.66mm(不包含色散器件10)。可见，相比于图1所示的现有技术中的方案(TTL＝110mm)而言，光谱仪的光学总长较小，有利于光谱仪的小型化。

具体的，图3中光谱仪的各表面参数如下表表1、表2所示。

面号	表面类型	曲率半径	厚度	材料	圆锥系数
						OBJ	标准面	无穷	无穷		0
1	标准面	无穷	5		0
						STO	衍射光栅	无穷	0		0
3	坐标断点	-	5.1		-
						4	标准面	11.5	10	N-FK51A	-0.6
5	标准面	-39.5	12.4		-22.5
						6	非球面	-4.5	0.09	H-ZLAF96	8.6
7	非球面	3.6	5		-10
						8	标准面	2.1	2.8	N-FK51A	-0.7
9	标准面	-9.6	2.2		-17.7
						IMA	标准面	无穷			0

表1

面号	表面类型	4次项系数
			6	非球面	6.97E-002
7	非球面	6.97E-002

表2

表1和表2中，面号4对应于图3中第一光学件401的入光面，面号5对应于图3中第一光学件401的出光面，面号6对应于图3中第二光学件402的入光面，面号7对应于图3中第二光学件402的出光面，面号8对应于图3中聚焦器件20的入光面，面号9对应于图3中聚焦器件20的出光面。

参考图4所示，本发明提供了光谱仪的第二实施例。与第一实施例中的光谱仪相比，该光谱仪中聚焦器件20与第二光学件402沿着光轴方向重合，减小了光谱仪的光学总长(TTL)，结构更紧凑。本实施例中相同的标号代表相同的元件具有相似的功能不另外赘述。

具体的，所述聚焦器件20与第二光学件402沿着光轴方向重合。本实施例中，聚焦器件20与第二光学件402相互贴合构成一个整体(例如相互固定)，相比于分体设置的方案而言，结构更紧凑，便于光谱仪的组装。

具体的，所述聚焦器件20与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件20的焦距，f2为第一光学件401的焦距，f3为第二光学件402的焦距，M＝f2/f3。

本实施例中，本方案中光谱仪的光学总长(TTL)等于d1+f2+f3+f1，相比于光谱仪的第一实施例而言，省去了聚焦器件20与第二光学件402的间隔d2，从而缩小了色散器件10与探测器30之间的距离。光谱仪的各个组件满足公式(2)后，相比于未设置望远系统的方案(即图1的方案)而言，能够减小色散器件10与探测器30之间的距离的同时，保证光谱仪的空间分辨率不变，推导过程可参考公式(1)，在此不做过多赘述。

此外，根据可分辨最小色散角公式u＝1.22λ/d，聚焦器件20焦距的变化并不能提升系统的光谱分辨率，但聚焦器件20焦距变大会增大景深，在组装上会有一定优势；相应地，聚焦器件20焦距的减小则会减小光谱仪的光学总长。因此，可通过调整d2的值(d2≥0)，来满足光谱仪对于不同聚焦器件20(即不同焦距f1)的使用需要。

参考图5所示，本发明提供了光谱仪第二实施例的优选实施方式。

具体的，第一光学件401的焦距f2为20mm，即第一光学件401具有正光焦度，第一光学件401配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。第二光学件402与聚焦器件20相互贴合，两者沿着光轴方向的间距为0。光谱仪的各个组件的结构和排布方式满足公式(2)。合束光从空气中沿着45°角入射至色散器件10后，分束为1530nm、1550nm、1570nm波长的三束光出射至空气，中心波长光沿着45°角从色散器件10出射，经过色散器件10(即衍射光学元件101)后的出射光的色散角为2.96°。光谱仪系统像面的空间色散分开的距离为1.29mm，光谱仪的光学总长(TTL)为24.56mm(不包含色散器件10)。可见，相比于图1所示的现有技术中的方案(TTL＝110mm)而言，光谱仪的光学总长较小，有利于光谱仪的小型化。

具体的，图5中光谱仪的各表面参数如下表表3所示。

面号	表面类型	曲率半径	厚度	材料	圆锥系数
						OBJ	标准面	无穷	无穷		0
1	标准面	无穷	20		0
						STO	衍射光栅	无穷	0		0
3	坐标断点	-	5.1		-
						4	标准面	11.5	10	N-FK51A	-0.6
5	标准面	-39.5	12.4		-22.5
						6	标准面	1.4	0.5	H-ZLAF96	0
7	标准面	0.8	1.5		0
						IMA	标准面	无穷			0

表3

表3中，面号4对应于图5中第一光学件401的入光面，面号5对应于图5中第一光学件401的出光面，面号6对应于图5中第二光学件402的入光面，面号7对应于图5中聚焦器件20的出光面。

参考图6所示，本发明提供了光谱仪的第三实施例。与第一实施例中的光谱仪相比，该光谱仪中望远系统的放大倍率大于零，从而在光谱仪系统像面呈现正立的像，满足不同的成像需求。本实施例中相同的标号代表相同的元件具有相似的功能不另外赘述。

具体的，所述望远系统的放大倍率M大于零。本实施例中，光谱仪系统像面呈现正立的像。第一光学件401的焦距f2和第二光学件402的焦距f3可以同时为正数，也可以同时为负数。

进一步的，所述望远系统还包括光阑403，所述第一光学件401、光阑403、第二光学件402沿着光轴排列。本实施例中，第一光学件401、光阑403、第二光学件402沿着光轴依次排列，即入射至望远系统的光依次经过第一光学件401、光阑403、第二光学件402。

望远系统的放大倍率M大于零时，在光路中间存在像面，通过光阑403(例如孔径光阑)限制光束，能够提升光束质量。由于望远系统中存在额外的焦点，因此焦点处可以额外放置光阑403限制光线来提升光谱分辨率。光阑403位于第一光学件401与第二光学件402的焦点重合处，采用中继焦点添加光阑403的方式去除杂散光提升望远系统的分辨能力。

具体的，第一光学件401的焦距f2为20mm，即第一光学件401具有正光焦度，第一光学件401配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。第二光学件402的焦距f3为2mm，即第二光学件402具有正光焦度，第二光学件402配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。聚焦器件20的焦距f1为4mm，即聚焦器件20具有正光焦度，聚焦器件20配置为对光线起到会聚作用的透镜(例如凸透镜)。光谱仪的各个组件的结构和排布方式满足公式(1)。合束光从空气中沿着45°角入射至色散器件10后，分束为1530nm、1550nm、1570nm波长的三束光出射至空气，中心波长光沿着45°角从色散器件10出射，经过色散器件10(即衍射光学元件101)后的出射光的色散角为2.96°。望远系统的放大倍率M为10X，经过望远系统的调制后，望远系统出射光的色散角为28.51°，光谱仪系统像面的空间色散分开的距离为2.18mm，光谱仪的光学总长(TTL)为40.21mm(不包含色散器件10)。可见，相比于图1所示的现有技术中的方案(TTL＝110mm)而言，光谱仪的光学总长较小，有利于光谱仪的小型化。

具体的，图6中光谱仪的各表面参数如下表表4、表5所示。

表4

面号	表面类型	4次项系数
			6	非球面	2.54E-002
7	非球面	1.19E-002

表5

表4和表5中，面号4对应于图6中第一光学件401的入光面，面号5对应于图6中第一光学件401的出光面，面号6对应于图6中第二光学件402的入光面，面号7对应于图6中第二光学件402的出光面，面号8对应于图6中聚焦器件20的入光面，面号9对应于图6中聚焦器件20的出光面。

参考图7所示，本发明提供了光谱仪的第四实施例。与第一实施例、第二实施例或者第三实施例中的光谱仪相比，该光谱仪中的色散器件10在上述任一实施例的基础上，增加棱镜102，从而增大色散器件10出射光的色散角。本实施例中相同的标号代表相同的元件具有相似的功能不另外赘述。

具体的，所述色散器件10包括衍射光学元件101以及棱镜102。本实施例中，棱镜102配置为色散棱镜，截面呈等边直角三角形。优选衍射光学元件101与棱镜102构成一个整体(例如相互固定)，使得色散器件10的结构更紧凑，有利于光谱仪的小型化。

具体的，所述衍射光学元件101与棱镜102沿着光路传输方向排列。本实施例中，衍射光学元件101、棱镜102、望远系统沿着光路方向依次排列，即入射光先后经过衍射光学元件101、棱镜102、望远系统。衍射光学元件101、棱镜102、望远系统采用级联的方式实现了角色散(即色散角)的放大，并且准直度均在衍射极限以内,准直光斑直径在1mm以内，便于探测器30的感测。

另外，由于入射光经过衍射光学元件101、棱镜102、望远系统的色散角放大后，足以能够将不同波段光出射至探测器30感测面的不同位置，满足探测器30的感测要求。因此，本实施例中还可以省去聚焦器件20，进一步简化光谱仪的结构，减小光谱仪的尺寸。

进一步的，色散器件还包括导光件103，导光件103位于衍射光学元件101的入光侧。衍射光学元件101、棱镜102、导光件103共同构成一个整体(例如相互固定)，使色散器件10的结构更紧凑。导光件103的截面呈等边直角三角形，导光件103的底面与棱镜102的底面相对且相互平行。优选导光件103与棱镜102采用相同材料，从而保证衍射光学元件101的入射端和出射端均处于同一介质(例如玻璃)中，便于控制或确定衍射光学元件101的入射光和出射光的角度。相比于将衍射光学元件101的入光侧直接暴露在空气中的方案而言，即色散器件10仅由衍射光学元件101以及棱镜102组成的方案而言，本方案能够控制衍射光学元件101的入射光和出射光所处的传播介质相同，更易控制或获取入射角和出射角，避免折射率的不同而产生影响。

具体的，待分束的光(即合束光)垂直于导光件103的入光面入射，从导光件103内传输至衍射光学元件101，经过衍射光学元件101进行第一次分束，第一次分束后出射光的色散角为3°。光线传输至棱镜102并从棱镜102出射时，由棱镜的出光面进行第二次分束，第二次分束后出射光的色散角为10°，相当于进行两次色散角放大，增大了入射至望远系统的光束的色散角(或者入射角度)。光线传输至望远系统并从望远系统出射时，望远系统(望远系统的放大倍率M为3X)对光线进行调制，望远系统出射光的色散角为30°。

而且，由于垂直入射至导光件103，入射至导光件103内后光线的角度不变，从而不会影响入射至衍射光学元件101的入射角9(即45°入射)。

具体的，图7中光谱仪的各表面参数如下表表6所示。

面号	表面类型	曲率半径	厚度	材料	圆锥系数
						OBJ	标准面	无穷	无穷		0
1	标准面	无穷	10		0
						STO	标准面	无穷	6	SILICON	0
3	坐标断点	-	0		-
						4	衍射光栅	无穷	0	SILICON	0
5	坐标断点	-	6		-
						6	标准面	无穷	2.9		0
7	坐标断点	-	0		-
						8	标准面	29.4	4.9	BK7	0
9	标准面	1500.5	33.9		0
						10	标准面	-16.2	4.9	BK7	0
11	标准面	37.6	12		0
						12	坐标断点	-	0		-
IMA	标准面	无穷			0

表6

表6中，面号8对应于图7中第一光学件401的入光面，面号9对应于图7中第一光学件401的出光面，面号10对应于图7中第二光学件402的入光面，面号11对应于图7中第二光学件402的出光面。

参考图8所示，本发明提供了光谱仪的第五实施例。与第四实施例中的光谱仪相比，该光谱仪中的色散器件10在上述第四实施例的基础上，增加一个色散器件10’，从而增大色散器件10出射光的色散角。本实施例中相同的标号代表相同的元件具有相似的功能不另外赘述。

具体的，所述光谱仪包括沿着光路传输方向排列的两个色散器件(10，10’)。本实施例中，优选两个色散器件(10，10’)采用相同结构，从而便于光谱仪的制造。色散器件10’的出光侧与色散器件10的入光侧相对，利用多个色散器件(10，10’)进行分束，即相当于进行了四次分束(或者色散角放大)，增大了入射至望远系统的光束的色散角(或者入射角度)。两个色散器件(10，10’)的结构均与第四实施例中的色散器件10相同，因此两个色散器件(10，10’)的结构和功能在此不做过多赘述。

优选的，两个色散器件(10，10’)之间间隔设置，从而充分利用了光谱仪的安装空间。色散器件10’的出光面与色散器件10的入光面相对且相互平行。

在未示出的实施例中，两个色散器件(10，10’)之间可以构成一个整体(例如相互固定)，使得光谱仪的结构更紧凑，也利于组装。例如色散器件10’的出光面与色散器件10的入光面相对且相互固定。

具体的，每个色散器件(10，10’)均包括衍射光学元件(101，101’)以及棱镜(102，102’)，同一色散器件(10，10’)的衍射光学元件(101，101’)与棱镜(102，102’)沿着光路传输方向排列。本实施例中，每个色散器件(10，10’)的排布方式均与第四实施例中相同，即衍射光学元件(101，101’)位于棱镜(102，102’)的入光侧。

进一步的，与第四实施例中相同的，每个色散器件(10，10’)均包括导光件(103，103’)，导光件(103，103’)位于相应衍射光学元件(101，101’)的入光侧。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光谱仪，包括：

色散器件，用于实现不同波段光的分束；

聚焦器件，配置为将不同波段光会聚于不同位置；

探测器，用于感测聚焦器件出射的会聚光；

其特征在于，所述光谱仪还包括望远系统，所述色散器件、望远系统、聚焦器件沿着光路传输方向排列，所述望远系统出射光的色散角大于色散器件出射光的色散角。

2.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述望远系统包括沿着光路传输方向排列的第一光学件和第二光学件，所述第一光学件的焦点与第二光学件的焦点处于同一位置。

3.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一光学件焦距的绝对值大于第二光学件焦距的绝对值。

4.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述望远系统包括第一光学件以及第二光学件，所述第一光学件、第二光学件、聚焦器件沿着光轴排列。

5.如权利要求4所述的光谱仪，其特征在于，所述聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向间隔设置，所述聚焦器件与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件的焦距，f2为第一光学件的焦距，f3为第二光学件的焦距，d2为聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向的间距，M＝f2/f3。

6.如权利要求4所述的光谱仪，其特征在于，所述聚焦器件与第二光学件沿着光轴方向重合，所述聚焦器件与望远系统之间满足：

其中，f1为聚焦器件的焦距，f2为第一光学件的焦距，f3为第二光学件的焦距，M＝f2/f3。

7.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述望远系统的放大倍率小于零；

或者，所述望远系统的放大倍率大于零，所述望远系统还包括光阑，所述第一光学件、光阑、第二光学件沿着光轴排列。

8.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述色散器件配置为衍射光学元件。

9.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述色散器件包括衍射光学元件以及棱镜，所述衍射光学元件与棱镜沿着光路传输方向排列。

10.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括沿着光路传输方向排列的两个色散器件，每个色散器件均包括衍射光学元件以及棱镜，同一色散器件的衍射光学元件与棱镜沿着光路传输方向排列。