CN204694348U - 光谱仪的分光结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光谱仪的分光结构。所述分光结构包括设置在凹面光栅的罗兰圆的圆周上的凹面光栅、入射狭缝和传感器。所述入射狭缝具有多个，每个入射狭缝与所述凹面光栅对应形成一个光学入射角，经入射狭缝入射的光线通过所述凹面光栅分光后成像在罗兰圆上，所述传感器具有多个，所述多个传感器能够采集全谱段的谱线，当所述多个入射狭缝中其中一个通光时，其他入射狭缝封闭。本实用新型在罗兰圆上设置多个入射狭缝，通过控制各个入射狭缝的通光时间，使得传感器能够在各个通光时间段采集到对应谱段的光谱线，实现了凹面光栅和传感器的分时复用，这就使得在成像谱面只需安置少量的传感器即可实现全谱段的谱线采集，大大降低了光谱仪的成本。

Description

光谱仪的分光结构

技术领域

本实用新型属于光学设备领域，具体涉及一种光谱仪的分光结构。

背景技术

光谱仪作为现代仪器的重要分支，在科学仪器和工业仪器领域占有重要的地位。在光谱仪中，分光系统是核心部分。将入射狭缝、准直器件、分光器件、成像器件和探测器按照一定的光学结构安装在一起，组成分光系统。

大型光谱仪器常用的分光系统有帕邢-龙格结构和切尔尼-特纳结构。帕邢-龙格结构常用于固定式光学系统，切尔尼-特纳结构常用于扫描式光学系统。

在帕邢-龙格固定式光学结构中，为了同时能够获得全部波长范围内的谱线数据，需要在成像谱面（即罗兰圆）放置多块传感器以铺满整个成像谱面。而高性能传感器价格昂贵，使得仪器的成本居高不下，这也大大限制了帕邢-龙格固定式光学结构的精密光谱仪的使用场合。

在切尔尼-特纳扫描式光学结构中，成像谱面上只需安装一个传感器即可。依靠转动光栅来进行扫描动作，依次将要测量的谱线移动到传感器上，仪器成本较低。但这种结构除了狭缝和光栅外，还需要额外的准直器件和成像器件，光路系统相对复杂，增加了光学衰减，使得仪器体积庞大，限制了切尔尼-特纳扫描式光学结构的精密光谱仪的使用场合。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决上述问题，本实用新型提供一种传感器数量少、结构简单、光学衰减低、成本低廉的光谱仪的分光结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅、入射狭缝和传感器，所述凹面光栅、入射狭缝和传感器均设置在凹面光栅的罗兰圆的圆周上。所述入射狭缝具有多个，每个入射狭缝与所述凹面光栅对应形成一个光学入射角，经入射狭缝入射的光线通过所述凹面光栅分光后成像在罗兰圆上，所述传感器具有多个，所述多个传感器能够采集全谱段的谱线，当所述多个入射狭缝中其中一个通光时，其他入射狭缝封闭。

优选的，所述传感器为单通道传感器。

具体的，所述传感器为光电倍增管。

另一种优选的，所述传感器为阵列式传感器。

具体的，所述传感器为CCD图像传感器或CMOS传感器。

具体的，所述多个传感器根据成像在罗兰圆上光谱线的位置分布在罗兰圆上。

优选的，所述传感器具有10至30个。

本实用新型的有益效果是，本实用新型在罗兰圆上设置多个入射狭缝，通过控制各个入射狭缝的通光时间，使得传感器能够在各个通光时间段采集到对应谱段的光谱线，实现了凹面光栅和传感器的分时复用，这就使得在成像谱面只需安置少量的传感器即可实现全谱段的谱线采集，大大降低了光谱仪的成本。同时，本实用新型是基于帕邢-龙格结构的一种复用式光谱仪分光结构，结构简单，所需光学器件少，光学衰减低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型光谱仪的分光结构的结构示意图。

图中1、凹面光栅；2、罗兰圆；3、入射狭缝；4、传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型所述的一种光谱仪的分光结构包括凹面光栅1、入射狭缝3和传感器4，所述凹面光栅1、入射狭缝3和传感器4均设置在凹面光栅1的罗兰圆2的圆周上。所述入射狭缝3具有多个，每个入射狭缝3与所述凹面光栅1对应形成一个光学入射角，经入射狭缝3入射的光线通过所述凹面光栅1分光后成像在罗兰圆2上。本实施例中传感器4选择阵列式传感器，分布在罗兰圆2上的传感器4在10至30个之间。所述传感器4根据成像在罗兰圆2上光谱线的位置分布在罗兰圆2上。所述传感器4能够采集全谱段的谱线，当所述多个入射狭缝3中其中一个通光时，其他入射狭缝3封闭。

本实用新型的分光结构是在帕邢-龙格光学结构的基础上改进而来。所选用的凹面光栅1作为分光器件，具有自成像的特性，与传统平面光栅相比可以省却准直系统和成像系统，是最简单最高效的分光系统。所述的罗兰圆2是以所述的凹面光栅1的曲率半径为直径圆形结构。当入射狭缝3、传感器4、凹面光栅1处于以凹面光栅1曲率半径为直径的圆形结构上时，凹面光栅1能将全谱段的光谱线成像在罗兰圆2上。

本实用新型在进行全谱段的谱线采集时，设置各个入射狭缝3的通光时间。在任意一个入射狭缝3通光时，其他入射狭缝3均封闭。此时，凹面光栅1与通光的入射狭缝3成一个光学入射角，根据光栅方程，入射的光线经过凹面光栅1分光成像在罗兰圆2上，传感器4采集到对应入射狭缝3入射的光线的谱线。在每个入射狭缝3均通光后，所述传感器4采集到全谱段的谱线。可见，本实用新型在凹面光栅1、传感器4均固定的基础上实现了凹面光栅1和传感器4的分时复用，利用较少的传感器4即完成全谱段的谱线采集，结构简单、成本大大降低，且光学器件较少，结构体积也大大降低。

在传感器4的选择上，所述传感器4也可以是单通道传感器，如光电倍增管，也可以是阵列式传感器中的CMOS传感器。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅（1）、入射狭缝（3）和传感器（4），所述凹面光栅（1）、入射狭缝（3）和传感器（4）均设置在凹面光栅（1）的罗兰圆（2）的圆周上，其特征是：所述入射狭缝（3）具有多个，每个入射狭缝（3）与所述凹面光栅（1）对应形成一个光学入射角，经入射狭缝（3）入射的光线通过所述凹面光栅（1）分光后成像在罗兰圆（2）上，所述传感器（4）具有多个，所述多个传感器（4）能够采集全谱段的谱线，当所述多个入射狭缝（3）中其中一个通光时，其他入射狭缝（3）封闭。

2.根据权利要求1所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述传感器（4）为单通道传感器。

3.根据权利要求1所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述传感器（4）为光电倍增管。

4.根据权利要求1所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述传感器（4）为阵列式传感器。

5.根据权利要求1所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述传感器（4）为CCD图像传感器或CMOS传感器。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述多个传感器（4）根据成像在罗兰圆（2）上光谱线的位置分布在罗兰圆（2）上。

7.根据权利要求6所述的光谱仪的分光结构，其特征是：所述传感器（4）具有10至30个。