CN202177450U - 利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，包括入射狭缝(1)、柱面反射镜(2)、凹面准直反射镜(3)、平面光栅(4)、凹面聚焦反射镜(5)和线阵列CCD探测器(6)，入射狭缝1输出光束，经过柱面反射镜(2)在Z轴方向对入射光束进行适当聚焦后，光束照射到凹面准直反射镜(3)上，变成平行光照射到平面光栅(4)上，被光栅(4)分光后的光束，照射到聚焦反射镜(5)上，并随后被聚焦到线阵列CCD探测器(6)上。该装置使用柱面反射镜聚焦，纠正光谱仪像散，在小体积的情况下，达到更高的光谱灵敏度。仪器具有体积小，价格低廉的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种像散纠正的光谱仪，特别是一种利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪。
背景技术
光谱测量仪器普遍用于工业流程在线检测过程，由于线阵列探测器成本低，所以光谱仪器普遍采用线阵列CCD或光电二极管阵列多道探测器。像散是象差的一种，是由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑。但是实际使用的线阵列探测的高度一般在1mm以下，而光谱仪光学系统在线阵列探测器的谱面上成像，往往由于像散的问题，在谱线最细即分辨率最高的时候，使得谱线有一定高度，会大于1mm，使得能量无法被CCD线阵列探测器完全接收，造成能量浪费，光谱仪灵敏度下降。
中国专利申请号200910070175.9号发明专利申请，其采用柱透镜进行像散纠正，但该申请还存在仪器体积过大，价格较为昂贵，光谱仪灵敏度欠佳等缺陷。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述技术缺陷，本实用新型公开了一种利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪。该光谱仪通过使用柱面反射镜进行像散纠正，结合线阵列CCD探测器，获得更高测量灵敏度。
本实用新型为解决其技术问题采用的技术方案是：一种利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，包括入射狭缝1、柱面反射镜2、凹面准直反射镜3、平面光栅4、凹面聚焦反射镜5和线阵列CCD探测器6，所有光学元件竖直放置在水平面上，其中入射狭缝1开口竖直放置。柱面反射镜2与入射狭缝1在X轴方向上的距离确定如下，依据光谱仪尺寸，使入射狭缝1与柱面反射镜2二者之间距离为2-3cm，使用ZEMAX软件进行优化，得到CCD探测器处的最佳效果，从而确定最佳距离。在Y轴方向上，以入射狭缝1所在X-Z平面为中心，左右对称放置，在Z轴方向上(Z轴指向纸外)，使柱面反射镜2的光轴与通过入射狭缝1的竖直中心的光重合，这样以解决像散问题。
其中：入射狭缝1输出光束，经过柱面反射镜2在图中Z轴方向(Z轴指向纸外)对入射光束进行适当聚焦，光束照射到凹面准直反射镜3上，随后变成平行光照射到平面光栅4，被平面光栅4分光后的光束，照射到聚焦反射镜5上，并随后被聚焦到线阵列CCD探测器6。
一般情况下，入射狭缝1宽度为0.2mm，光束高度为0.2mm，如果不使用柱面反射镜2，在CCD探测器处，光束高度会达到5cm。光束的能量密度很分散，灵敏度不高。在相同的配置下，在入射狭缝1到凹面准直反射镜3的光路上设置柱面反射镜2进行像散纠正，在CCD探测器6处，光束高度会降到1mm以下。
本实用新型所具有以下的优点和有益效果：采用柱面反射镜聚焦，纠正像散，相比目前常采用的光谱仪光路，设备小巧，在成本低的情况下，提高光谱仪测量灵敏度。
附图说明
图1：柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪结构示意图
图中：1.入射狭缝 2.柱面反射镜 3.凹面准直反射镜 4.平面光栅 5.凹面聚焦反射镜 6.线阵列CCD探测器
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
一种基于柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，其特征在于包含入射狭缝1、柱面反射镜2、凹面准直反射镜3、平面光栅4、凹面聚焦反射镜5和线阵列CCD探测器6。所有的光学元件竖直放置在光学平台上，规定光学平台所在的平面为X-Y平面，规定光束经入射狭缝出射的方向为X轴方向，规定光学元件竖立的平面方向为Z轴方向，图1为俯视图，所有的光学元件都是竖直放置在X-Y平面上，由于竖直放置，所有光学元件都是Z轴见高，即Z轴指向纸外。其中：入射狭缝1输出光束，经过柱面反射镜2在图中Z轴方向对入射光束进行适当聚焦，光束照射到凹面准直反射镜3，随后变成平行光照射到平面光栅4，被平面光栅4分光后的光束，照射到聚焦反射镜5上，并随后被聚焦到线阵列CCD探测器6。
在本示例中，根据图中所示坐标系，入射狭缝1坐标位置为(26.7，15.7)。柱面反射镜2镜心坐标为(26.7，0)，倾角为45度，柱面反射曲率半径为50mm，柱面反射镜2尺寸为10mm×10mm。凹面准直反射镜3镜心坐标位置为(100，0)，倾角-13度，球面反射曲率半径为178mm，凹面准直反射镜3尺寸为30mm×30mm。平面光栅4的中心坐标位置为(37.2，30.3)，倾角为-33度，平面光栅4尺寸为30mm×30mm。凹面聚焦反射镜5的镜心坐标位置为(68，26)，倾角为12度，球面反射曲率半径170mm，凹面聚焦反射镜5尺寸为30mm×50mm。线阵列CCD探测器6中心位置坐标为(73.8，-53)，倾角为90度，CCD长度为26mm。如果没有柱面反射镜，假如入射狭缝高度为0.2mm，则由于像散，在阵列探测器上形成的谱线高度约为3mm，使用柱面反射镜2后，保持同样的入射狭缝1高度为0.2mm，在线阵列CCD探测器6表面聚焦后的谱线高度可以降低为0.5mm，能量密度比不使用柱面反射镜2的提高约6倍，仪 器灵敏度相应提高约6倍，同时使用本申请的柱面反射镜聚焦设备的体积比现有技术中采用柱透镜聚焦进行像散纠正的小约2倍。
该装置使用柱面反射镜聚焦，纠正光谱仪像散，在小体积的情况下，达到更高的光谱灵敏度。仪器具有体积小，价格低廉的特点。
尽管上述通过举例说明，已经描述了本实用新型最佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围并不仅限于上述说明，本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本实用新型所教导的实质和精髓的前提下，任何修改和变化都落入本实用新型的保护范围中。
Claims (3)
1.一种利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，其特征在于：包括入射狭缝(1)、柱面反射镜(2)、凹面准直反射镜(3)、平面光栅(4)、凹面聚焦反射镜(5)和线阵列CCD探测器(6)，入射狭缝(1)输出光束，经过柱面反射镜(2)在Z轴方向对入射光束进行适当聚焦后，其中规定光学元件竖立的平面方向为Z轴方向，光束照射到凹面准直反射镜(3)上，变成平行光照射到平面光栅(4)上，被光栅(4)分光后的光束，照射到聚焦反射镜(5)上，并随后被聚焦到线阵列CCD探测器(6)上。
2.根据权利要求1所述的利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，其特征在于：所述入射狭缝(1)、所述柱面反射镜(2)、所述凹面准直反射镜(3)、所述平面光栅(4)、所述凹面聚焦反射镜(5)和所述线阵列CCD探测器(6)均竖直放置在光学平台上，规定光学平台所在的平面为X-Y平面，规定光束经入射狭缝出射的方向为X轴方向。
3.根据权利要求2所述的利用柱面反射镜进行像散纠正的光谱仪，其特征在于：所述入射狭缝(1)坐标位置为(26.7，15.7)；所述柱面反射镜(2)镜心坐标为(26.7，0)，倾角为45度，柱面反射曲率半径为50mm，所述柱面反射镜(2)尺寸为10mm×10mm；所述凹面准直反射镜(3)镜心坐标位置为(100，0)，倾角-13度，球面反射曲率半径为178mm，所述凹面准直反射镜(3)尺寸为30mm×30mm；所述平面光栅(4)的中心坐标位置为(37.2，30.3)，倾角为-33度，所述平面光栅(4)尺寸为30mm×30mm；所述凹面聚焦反射镜(5)的镜心坐标位置为(68，26)，倾角为12度，球面反射曲率半径170mm，所述凹面聚焦反射镜(5)尺寸为30mm×50mm；所述线阵列CCD探测器(6)中心位置坐标为(73.8，-53)，倾角为90度，CCD长度为26mm。
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