CN201464040U - 成像光栅摄谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种成像光栅摄谱仪，所述的成像光栅摄谱仪包括：光学装置和传感装置，所述的光学装置与传感装置相耦合，其特征在于，所述的光学装置包括：平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅和球面成像反射镜；其中，所述光学装置接收光纤传输的光线，所述的光线依次经过所述的平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅及球面成像反射镜后，传送给所述的传感装置。本实用新型能够矫正子午细光束和弧矢细光束会聚点之间的像差。

Description

成像光栅摄谱仪

技术领域

本发明关于光谱信息检测技术，特别关于用于进行光谱信息检测的成像光栅摄谱仪。

背景技术

成像光栅光谱仪是一种利用光学光谱的色散原理而设计的光学仪器，用来检测光谱信息，现有的成像光栅光谱仪由准光物镜、平面光栅、暗箱物镜及传感装置组成。由狭缝发出的光束经过球面准直光物镜，变为平行光束射入平面光栅；平面光栅进入的单束“白光”色散为多束单色光，再经过暗箱物镜成像于焦平面上，这样，一个由“白光”照明的狭缝经过分光系统而变为若干个单色的狭缝像，传感装置放在焦平面处对各个检测点的光谱进行分析。

由于子午方向和弧矢方向的曲率相同，子午焦面与弧矢焦面是分离的，水平方向和垂直方向上都存在像差。现有的成像光栅光谱仪中，当传感装置放置在子午焦平面上时，垂直成像质量会因离轴距离而产生的焦平面分离产生瑕疵。如果传感装置放置在弧矢焦面上，水平像质将明显降低。

另外，为了在同一时间得到多个检测点的光谱信息，现有技术用多条光纤作为多个光学通道，但是现有的光谱仪器无法分辨出光纤来自哪个通道。

实用新型内容

本发明目的在于提供一种成像光栅摄谱仪，以矫正子午细光束和弧矢细光束会聚点之间像差。

为了实现上述目的，本发明提供一种成像光栅摄谱仪，所述的成像光栅摄谱仪包括：光学装置和传感装置，所述的光学装置与传感装置相耦合，其特征在于，所述的光学装置包括：平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅和球面成像反射镜；其中，所述光学装置接收光纤传输的光线，所述的光线依次经过所述的平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅及球面成像反射镜后，传送给所述的传感装置。

本实用新型实施例的有益效果：能够矫正子午细光束和弧矢细光束会聚点之间像差。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型成像光栅摄谱仪测量光谱信息的结构示意图；

图2为本实用新型光学装置101的结构示意图；

图3为本实用新型成像光栅摄谱仪的结构示意图；

图4为本实用新型超环面准直反射镜的结构示意图；

图5为本实用新型成像光栅摄谱仪的光路示意图；

图6为本实用新型成像光栅摄谱仪获取光谱信息的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型成像光栅摄谱仪测量光谱信息的结构示意图。如图1所示，所述的成像光栅摄谱仪包括：光学装置101和传感装置102，所述的光学装置101与传感装置102相耦合。

如图2所示，结合图1，所述的光学装置101包括：平面反射镜202、超环面(Toroidal)准直反射镜203、光栅204和球面成像反射镜205；其中，所述光学装置101接收通过狭缝201光纤传输的光线，所述的光线依次经过所述的平面反射镜202、超环面准直反射镜203、光栅204及球面成像反射镜205后，传送给所述的传感装置102，传感装置102将接收的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到数据处理计算机103进行数据处理，得到每条光纤的光谱信息。

图3为使用新型实施例超环面准直反射镜的结构示意图；如图3所示，所述的平面反射镜102，接收光纤传输的光线并产生反射光线；所述的超环面准直反射镜103，接收所述的反射光线并产生平行光；所述的光栅104，接收所述的平行光，色散成单色光；所述的球面成像反射镜105，接收所述的单色光，并成像在所述球面成像反射镜的焦平面上。传感装置102中具有A/D转换装置301，用于将接收到的模拟信号转换为数字信号，输出给数据处理计算机103。

本实用新型用超环面准直反射镜203代替现有技术中的球面准直光物镜，球面准直光物镜子午方向和弧矢方向上的曲率半径相同，而超环面准直反射镜子午方向和弧矢方向上的曲率半径不同。如图4所示，超环面准直反射镜子午方向为弧AD的方向，弧矢方向为弧BC的方向。弧AD方向及弧BC方向的曲率半径不相同。子午方向和弧矢方向上的曲率半径不同超环面准直反射镜可以消除子午方向和弧失方向的像差。

图5为本实用新型成像光栅摄谱仪的光路示意图。图6为本实用新型成像光栅摄谱仪获取光谱信息的流程图。参考图5及图6，所述的流程包括：

步骤S601：平面反射镜202接收光纤发出的光束，将所述光束反射到超环面准直反射镜203。

光纤发出多条光束，光束射向反射镜202反射后射向超环面准直反射镜203。

步骤S602：超环面准直反射镜203将接收到的光线变为平行光。

超环面准直反射镜203接收到光线后，能使使子午焦面和弧矢焦面靠近。子午焦面和弧矢焦面交叉在光轴上。

步骤S603：平行光经平面衍射光栅204色散后，每条光束色散为多条单色光。

步骤S604：上述多条单色光由球面成像反射镜205成像到焦平面上。

步骤S605：传感装置103放置在焦平面处接收光束的像，并进行处理。

传感装置103接收到光束的像之后，得到模拟信号，通过A/D转换装置301将模拟信号转换为数字信号，发送到数据处理计算机103进行数据处理，得到每条光纤的光谱信息。

光纤沿着所述成像光栅摄谱仪的入射狭缝方向排列，光纤的直径至少为75um。在一较佳实施例中，光纤的直径为200um。

传感装置102例如可以为电荷耦合器件(Charge Coupled Device CCD)传感装置。

本实用新型采用超环面准直反射镜203能够消除像差和慧差(彗差是像差的一种，它破坏轴外视场的清晰度)的影响，使图像清晰。

本实用新型的成像光栅摄谱仪，采用超环面准直反射镜203，它有水平和垂直各不相同的曲率，有效的使子午焦面和弧矢焦面靠近。子午焦面和弧矢焦面交叉在光轴上；点光源的像在光轴上，没有水平像差，也没有垂直像差。

光纤需要沿着光栅成像摄谱仪的入射狭缝方向放置，如图2所示的Z方向。假设一个CCD传感装置6.7mm高，可以沿着光栅成像摄谱仪的入射狭缝放置670根10微米直径光纤。每一根光纤都可能作为一个光谱光源。但是，光谱分析过程受光栅摄谱仪像差限制，同样也受传感装置限制。大多数用于光谱分析的CCD传感装置的像素基本是一个接近26微米的正方形，所以两个10微米的光纤不会被传感装置区分。为了解决像素之间串扰，光纤的直径需要最少为75μm。较佳实施例中，光纤的直径为200微米。

本实用新型的有益技术效果：

1超环面反射镜能够矫正子午细光束和弧矢细光束会聚点之间的像差，辨别同一时间多条光纤的每个光学通道，便于传感装置进行图像处理。

2成像光栅摄谱仪有一个最大的有效平面视场，成像质量的放大是在整个平面视场通过不对称布局和一个同轴光栅驱动来实现的，能够减少慧差和其他像差。

3使用光学光纤，将光纤沿摄谱仪入射狭缝(Z方向)排列，每根光纤作为一个独立光学通道，同时得到多个光学通道、高分辨率光谱信息。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种成像光栅摄谱仪，所述的成像光栅摄谱仪包括：光学装置和传感装置，所述的光学装置与传感装置相耦合，其特征在于，所述的光学装置包括：平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅和球面成像反射镜；其中，

所述光学装置接收光纤传输的光线，所述的光线依次经过所述的平面反射镜、超环面准直反射镜、光栅及球面成像反射镜后，传送给所述的传感装置。

2.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，

所述的平面反射镜，接收所述光纤传输的光线，并产生反射光；

所述的超环面准直反射镜，接收所述的反射光并产生平行光；

所述的光栅，接收所述的平行光，色散成单色光；

所述的球面成像反射镜，接收所述的单色光，并成像在所述球面成像反射镜的焦平面上。

3.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述超环面准直反射镜子午方向和弧矢方向的曲率半径不同。

4.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述的光纤沿着所述成像光栅摄谱仪的入射狭缝方向排列。

5.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述光纤的直径至少为75um。

6.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述的传感器装置为CCD传感器。

7.如权利要求6所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述的CCD传感器包括A/D转换器。

8.如权利要求1所述的成像光栅摄谱仪，其特征在于，所述的光栅为平面光栅。

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