CN205785520U - 一种基于旋转滤光片的单色器 - Google Patents
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Abstract
一种基于旋转滤光片的单色器，包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一旋转滤光片、第二旋转滤光片、第三旋转滤光片和第四旋转滤光片，所述第一分光镜置于前置望远准直系统的平行光路中；所述第二分光镜位于第一分光镜的透射光的光路中；所述第三分光镜位于第一分光镜的反射光的光路中；所述第一旋转滤光片，位于第二分光镜的透射光路中；所述第二旋转滤光片位于第二分光镜的反射光路中；所述第三旋转滤光片位于第三分光镜的反射光路中；所述第四旋转滤光片位于第三分光镜的透射光路中；本实用新型采用旋转滤光片实现光谱扫描，具有较高的光谱分辨率和光通量，通道数量、波段范围均可根据实际需要进行定制，后期维护成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学仪器领域，尤其是一种基于旋转滤光片的单色器。
背景技术
单色器是光学仪器中常用到的一种分光器件，具有分光功能，将一段连续的光谱分割成多个独立的通道，实现光谱扫描。
目前，单色器的分光方法主要有棱镜分光、光栅分光、傅里叶变换分光三种。
棱镜分光是利用棱镜材料本身对不同颜色的光具有不同的折射能力这一原理来实现的。棱镜分光系统不产生光谱叠级现象，但测量范围受棱镜材料的透过率和色散率的影响，通常用于可见光，而且分辨率较低。棱镜单独使用时分光性能较低，通常与其它分光元件组合使用，适合做精细分光中的预分光。
光栅分光是利用衍射原理来进行分光的，即不同频率的光以相同的入射角射到光栅时，各频率的光产生的同级衍射主极大的位置不同。光栅分光系统具有较宽的光谱测量范围和较高的光谱分辨率。但由于受到狭缝大小的限制，该方法难以获得较高的光通量。
傅里叶变换分光是利用不同频率的光波经双光束干涉过程调制后所得的干涉数据与光谱之间具有傅里叶变换关系的原理来分光。傅里叶变换分光具有较高的光谱分辨率和较高的光通量，但受限于光程变化间隔难以太小，该方法主要用于红外波段。
目前各种分光系统难以同时兼顾光谱分辨率、光通量、光谱测量范围等特性。开发一种具有较高的综合性能的单色器显得尤为迫切。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种具有较高光谱分辨率，较高的光通量，以及光谱测量范围较大的的基于旋转滤光片的单色器。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于旋转滤光片的单色器，包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一旋转滤光片、第二旋转滤光片、第三旋转滤光片、第四旋转滤光片、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜和第四偏振分光棱镜，所述第一分光镜为平面镜，置于前置望远准直系统的平行光路中，该第一分光镜表面涂有光学膜层；所述第二分光镜为平面镜，位于第一分光镜的透射光的光路中，其表面涂有分光膜层；所述第三分光镜为平面镜，位于第一分光镜的反射光的光路中，其表面涂有分光膜层；所述第一旋转滤光片，位于第二分光镜的透射光路中，该第一旋转滤光片的表面涂有光学膜层，第一旋转滤光片通过支撑架与步进电机联接；所述第二旋转滤光片位于第二分光镜的反射光路中，第二旋转滤光片的表面涂有光学膜层，该第二旋转滤光片其通过支撑架与步进电机联接；所述第三旋转滤光片位于第三分光镜的反射光路中，第三旋转滤光片的表面涂有光学膜层，该第三旋转滤光片通过支撑架与步进电机联接；所述第四旋转滤光片位于第三分光镜的透射光路中，第四旋转滤光片的表面涂有光学膜层，该第四旋转滤光片通过支撑架与步进电机联接；所述第一偏振分光棱镜位于第一旋转滤光片的透射光路中，该第一偏振分光棱镜表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第一旋转滤光片的工作波段一致；所述第二偏振分光棱镜位于第二旋转滤光片的透射光路中，该第二偏振分光棱镜表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第二旋转滤光片的工作波段一致；所述第三偏振分光棱镜位于第三旋转滤光片的透射光路中，该第三偏振分光棱镜表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第三旋转滤光片的工作波段一致；所述第四偏振分光棱镜位于第四旋转滤光片的透射光路中，该第四偏振分光棱镜表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第四旋转滤光片的工作波段一致。
作为本实用新型的进一步方案：所述第一分光镜的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
作为本实用新型的进一步方案：所述第二分光镜的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
作为本实用新型的进一步方案：所述第三分光镜的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
作为本实用新型的进一步方案：所述第一旋转滤光片、第二旋转滤光片、第三旋转滤光片、第四旋转滤光片的受光面积均大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
作为本实用新型的进一步方案：所述第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、第四偏振分光棱镜的受光面积均大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该基于旋转滤光片的单色器采用了旋转滤光片来实现光谱扫描，具有较高的光谱分辨率和较高的光通量，并通过多个旋转滤光片组合使用来扩展光谱扫描的范围，可实现可见光到红外光的宽光谱波段应用；通道数量、波段范围均可根据实际需要进行定制，应用灵活；并且旋转滤光片制作成本低，光学镜片更换方便，后期维护成本低，值得大力推广。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
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。
请参阅图1，本实用新型实施例中，一种基于旋转滤光片的单色器，包括第一分光镜1、第二分光镜2、第三分光镜3、第一旋转滤光片4、第二旋转滤光片5、第三旋转滤光片6、第四旋转滤光片7、第一偏振分光棱镜8、第二偏振分光棱镜9、第三偏振分光棱镜10和第四偏振分光棱镜11，所述第一分光镜1为平面镜，置于前置望远准直系统21的平行光路中，其表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；该第一分光镜1表面涂有光学膜层，使得入射到其表面的某一波段的光能量被反射，另一波段的光能量透射；所述第二分光镜2为平面镜，位于第一分光镜1的透射光的光路中，其表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积，其表面涂有分光膜层，使得入射到其表面的某一波段的光能量被反射，另一波段的光能量透射；所述第三分光镜3为平面镜，位于第一分光镜1的反射光的光路中，其表面法线与入射平行光具有45°夹角；其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有分光膜层，使得入射到其表面的某一波段的光能量被反射，另一波段的光能量透射。
所述第一旋转滤光片4，位于第二分光镜2的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有光学膜层，用来对入射光进行过滤；其通过支撑架与步进电机联接，并通过步进电机的带动在子午平面内绕光轴做旋转运动，实现光谱扫描；所述第二旋转滤光片5，位于第二分光镜2的反射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有光学膜层，用来对入射光进行过滤；其通过支撑架与步进电机联接，并通过步进电机的带动在子午平面内绕光轴做旋转运动，实现光谱扫描；所述第三旋转滤光片6位于第三分光镜3的反射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有光学膜层，用来对入射光进行过滤；其通过支撑架与步进电机联接，并通过步进电机的带动在子午平面内绕光轴做旋转运动，实现光谱扫描；所述第四旋转滤光片7位于第三分光镜3的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有光学膜层，用来对入射光进行过滤；其通过支撑架与步进电机联接，并通过步进电机的带动在子午平面内绕光轴做旋转运动，实现光谱扫描；
所述第一偏振分光棱镜8，位于第一旋转滤光片4的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有偏振分光膜层，偏振分光膜层的工作波段与第一旋转滤光片4的工作波段一致，对第一旋转滤光片4出射的光束进行偏振分光，并且禁止p分量的偏振光通过，只允许s分量的偏振光通过。
所述第二偏振分光棱镜9，位于第二旋转滤光片5的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有偏振分光膜层，偏振分光膜层的工作波段与第二旋转滤光片5的工作波段一致，对第二旋转滤光片5出射的光束进行偏振分光，并且禁止p分量的偏振光通过，只允许s分量的偏振光通过。
所述第三偏振分光棱镜10，位于第三旋转滤光片6的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有偏振分光膜层，偏振分光膜层的工作波段与第三旋转滤光片6的工作波段一致，对第三旋转滤光片6出射的光束进行偏振分光，并且禁止p分量的偏振光通过，只允许s分量的偏振光通过。
所述第四偏振分光棱镜11，位于第四旋转滤光片7的透射光路中，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积；其表面涂有偏振分光膜层，偏振分光膜层的工作波段与第四旋转滤光片7的工作波段一致，对第四旋转滤光片7出射的光束进行偏振分光，并且禁止p分量的偏振光通过，只允许s分量的偏振光通过。
本实用新型的工作原理：从物体发射出来的光经过前置望远准直系统21压缩整形后形成平行光束进入该基于旋转滤光片的单色器，光束经过三个分光镜的作用分成四个波段，每个波段的光经过相应的旋转滤光片及偏振分光棱镜的过滤及扫描，完成对应四个工作通道的光谱扫描，输出给相应的光电接收系统。
所述的一种基于旋转滤光片的单色器，平行光束首先入射至第一分光镜1，被第一分光镜1分成第一波段和第二波段两束光，其中第一波段的光被第一分光镜1透射，第二波段的光被第一分光镜1反射；
所述第一波段的光，入射至第二分光镜2，被第二分光镜2分成第三波段和第四波段两束光，其中第三波段的光被第二分光镜2透射，第四波段的光被第二分光镜2反射；
所述第二波段的光，入射至第三分光镜3，被第三分光镜3分成第五波段和第六波段两束光，其中第五波段的光被第三分光镜3透射，第六波段的光被第三分光镜3反射；
所述第一波段的光对应的波长范围为λ11-λ12，所述第二波段的光对应的波长范围为λ21-λ22，所述第三波段的光对应的波长范围为λ31-λ32，所述第四波段的光对应的波长范围为λ41-λ42，所述第五波段的光对应的波长范围为λ51-λ52，所述第六波段的光对应的波长范围为λ61-λ62；并且有如下关系：
λ41≥λ11，λ42＜λ31，λ32≤λ12，λ22＜λ11，λ61≥λ21，
λ62＜λ51，λ52≤λ22；
所述第三波段的光，入射至第一旋转滤光片4后被过滤，输出带宽很窄的一束光，再经过第一偏振分光棱镜8的分光，形成偏振分量为s光的输出光束；
所述第一旋转滤光片4，表面涂有光学膜层，使得第一工作通道范围内很窄的某个波段的光透过；
所述第一旋转滤光片4，当光束入射角为零时，其光谱特性为：
半带宽为Δλ1，中心波长为λ10，峰值透过率为T1max，截止带范围Δλ13，截止带透过率为T1min；
所述第一旋转滤光片4，在步进电机的驱动下在子午面内旋转，使光束入射角在0度至θ1之间变化，实现第一工作通道的光谱扫描；θ1大于零并且小于90度；光束入射角为0度时，第一旋转滤光片4的输出光束的中心波长λ10对应于第一工作通道的最大波长值；随着入射角的逐渐增大，λ10逐渐减小；光束在θ1角度入射角时，λ10对应于第一工作通道的最小波长值；
第一工作通道的波长范围为λ14~λ15，并且有λ14≥λ31，λ15≤λ32；
第一偏振分光棱镜8，表面涂有光学膜层，其工作波段与第一工作通道的范围一致，禁止第一工作通道以外的光透射，禁止第一工作通道的p偏振分量的光透射，只允许第一工作通道的s偏振分量的光透射；
第一偏振分光棱镜8，其后设置聚光系统，将输出的光汇聚在聚光系统的焦平面上设置的光电接收系统；
所述第四波段的光，入射至第二旋转滤光片5后被过滤，输出带宽很窄的一束光，再经过第二偏振分光棱镜9的分光，形成偏振分量为s光的输出光束；
所述第二旋转滤光片5，表面涂有光学膜层，使得第二工作通道范围内很窄的某个波段的光透过；
所述第二旋转滤光片5，当光束入射角为零时，其光谱特性为：
半带宽为Δλ2，中心波长为λ20，峰值透过率为T2max，截止带范围Δλ23，截止带透过率为T2min；
所述第二旋转滤光片5，在步进电机的驱动下在子午面内旋转，使光束入射角在0度至θ2之间变化，实现第二工作通道的光谱扫描；θ2大于零并且小于90度；光束入射角为0度时，第二旋转滤光片5的输出光束的中心波长λ20对应于第二工作通道的最大波长值；随着入射角的逐渐增大，λ20逐渐减小；光束在θ2角度入射角时，λ20对应于第二工作通道的最小波长值；
第二工作通道的波长范围为λ24~λ25，并且有λ24≥λ41，λ25≤λ42；
第二偏振分光棱镜9，表面涂有光学膜层，其工作波段与第二工作通道的范围一致，禁止第二工作通道以外的光透射，禁止第二工作通道的p偏振分量的光透射，只允许第二工作通道的s偏振分量的光透射；
第二偏振分光棱镜9，其后设置聚光系统，将输出的光汇聚在聚光系统的焦平面上设置的光电接收系统；
所述第五波段的光，入射至第四旋转滤光片7后被过滤，输出带宽很窄的一束光，再经过第四偏振分光棱镜11的分光，形成偏振分量为s光的输出光束；
所述第四旋转滤光片7，表面涂有光学膜层，使得第四工作通道范围内很窄的某个波段的光透过；
所述第四旋转滤光片7，当光束入射角为零时，其光谱特性为：
半带宽为Δλ4，中心波长为λ40，峰值透过率为T4max，截止带范围Δλ43，截止带透过率为T4min；
所述第四旋转滤光片7，在步进电机的驱动下在子午面内旋转，使光束入射角在0度至θ4之间变化，实现第四工作通道的光谱扫描；θ4大于零并且小于90度；光束入射角为0度时，第四旋转滤光片7的输出光束的中心波长λ40对应于第四工作通道的最大波长值；随着入射角的逐渐增大，λ40逐渐减小；光束在θ4角度入射角时，λ40对应于第四工作通道的最小波长值；
第四工作通道的波长范围为λ44~λ25，并且有λ24≥λ51，λ45≤λ52；
第四偏振分光棱镜11，表面涂有光学膜层，其工作波段与第四工作通道的范围一致，禁止第四工作通道以外的光透射，禁止第四工作通道的p偏振分量的光透射，只允许第四工作通道的s偏振分量的光透射；
第四偏振分光棱镜11，其后设置聚光系统，将输出的光汇聚在聚光系统的焦平面上设置的光电接收系统；
所述第六波段的光，入射至第三旋转滤光片6后被过滤，输出带宽很窄的一束光，再经过第三偏振分光棱镜10的分光，形成偏振分量为s光的输出光束；
所述第三旋转滤光片6，表面涂有光学膜层，使得第三工作通道范围内很窄的某个波段的光透过；
所述第三旋转滤光片6，当光束入射角为零时，其光谱特性为：
半带宽为Δλ3，中心波长为λ30，峰值透过率为T3max，截止带范围Δλ33，截止带透过率为T3min；
所述第三旋转滤光片6，在步进电机的驱动下在子午面内旋转，使光束入射角在0度至θ3之间变化，实现第三工作通道的光谱扫描；θ3大于零并且小于90度；光束入射角为0度时，第三旋转滤光片6的输出光束的中心波长λ30对应于第三工作通道的最大波长值；随着入射角的逐渐增大，λ30逐渐减小；光束在θ3角度入射角时，λ30对应于第三工作通道的最小波长值；
第三工作通道的波长范围为λ34~λ35，并且有λ34≥λ61，λ35≤λ62；
第三偏振分光棱镜10，表面涂有光学膜层，其工作波段与第六波段的范围一致，禁止第六波段以外的光透射，禁止第六波段的p偏振分量的光透射，只允许第六波段的s偏振分量的光透射；
第三偏振分光棱镜10，其后设置聚光系统，将输出的光汇聚在聚光系统的焦平面上设置的光电接收系统；
实际应用中，工作通道数量可以根据需要进行增减，工作波段范围也可以根据需要在紫外光、可见光、红外光范围内进行灵活调整。
所述一种基于旋转滤光片的单色器，可以与光电接收器结合起来构成光谱辐射计，进行光谱辐射扫描测量；可以与成像系统、光电接收器结合起来构成高光谱成像仪，应用于高光谱成像领域，如测量空气能见度、对温室气体进行分析等。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，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，各实施例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。
Claims (6)
1.一种基于旋转滤光片的单色器，包括第一分光镜（1）、第二分光镜（2）、第三分光镜（3）、第一旋转滤光片（4）、第二旋转滤光片（5）、第三旋转滤光片（6）、第四旋转滤光片（7）、第一偏振分光棱镜（8）、第二偏振分光棱镜（9）、第三偏振分光棱镜（10）和第四偏振分光棱镜（11），其特征在于，所述第一分光镜（1）为平面镜，置于前置望远准直系统（21）的平行光路中，该第一分光镜（1）表面涂有光学膜层；所述第二分光镜（2）为平面镜，位于第一分光镜（1）的透射光的光路中，其表面涂有分光膜层；所述第三分光镜（3）为平面镜，位于第一分光镜（1）的反射光的光路中，其表面涂有分光膜层；所述第一旋转滤光片（4），位于第二分光镜（2）的透射光路中，该第一旋转滤光片（4）的表面涂有光学膜层，第一旋转滤光片（4）通过支撑架与步进电机联接；所述第二旋转滤光片（5）位于第二分光镜（2）的反射光路中，第二旋转滤光片（5）的表面涂有光学膜层，该第二旋转滤光片（5）其通过支撑架与步进电机联接；所述第三旋转滤光片（6）位于第三分光镜（3）的反射光路中，第三旋转滤光片（6）的表面涂有光学膜层，该第三旋转滤光片（6）通过支撑架与步进电机联接；所述第四旋转滤光片（7）位于第三分光镜（3）的透射光路中，第四旋转滤光片（7）的表面涂有光学膜层，该第四旋转滤光片（7）通过支撑架与步进电机联接；所述第一偏振分光棱镜（8）位于第一旋转滤光片（4）的透射光路中，该第一偏振分光棱镜（8）表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第一旋转滤光片（4）的工作波段一致；所述第二偏振分光棱镜（9）位于第二旋转滤光片（5）的透射光路中，该第二偏振分光棱镜（9）表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第二旋转滤光片（5）的工作波段一致；所述第三偏振分光棱镜（10）位于第三旋转滤光片（6）的透射光路中，该第三偏振分光棱镜（10）表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第三旋转滤光片（6）的工作波段一致；所述第四偏振分光棱镜（11）位于第四旋转滤光片（7）的透射光路中，该第四偏振分光棱镜（11）表面涂有偏振分光膜层，该偏振分光膜层的工作波段与第四旋转滤光片（7）的工作波段一致。
2.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片的单色器，其特征在于，所述第一分光镜（1）的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
3.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片的单色器，其特征在于，所述第二分光镜（2）的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
4.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片的单色器，其特征在于，所述第三分光镜（3）的表面法线与入射平行光具有45°夹角，其受光面积大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
5.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片的单色器，其特征在于，所述第一旋转滤光片（4）、第二旋转滤光片（5）、第三旋转滤光片（6）、第四旋转滤光片（7）的受光面积均大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
6.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片的单色器，其特征在于，所述第一偏振分光棱镜（8）、第二偏振分光棱镜（9）、第三偏振分光棱镜（10）、第四偏振分光棱镜（11）的受光面积均大于入射光线在其表面投射光斑的面积。
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| CN105890756A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 上海新产业光电技术有限公司 | 一种基于旋转滤光片的单色器 |
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| CN105890756A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 上海新产业光电技术有限公司 | 一种基于旋转滤光片的单色器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161207 Termination date: 20200526 |
|
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