CN206656801U - 紧凑型ccd阵列光谱仪以及拉曼光谱检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种紧凑型CCD阵列光谱仪，用于对拉曼探头检测样品后得到的返回光进行检测从而得到该样品的拉曼光谱，包括：依次设置在返回光光路上的狭缝、第一凹面反射镜、光栅、第二凹面反射镜、柱面透镜以及CCD阵列检测器，其中，以返回光投射至狭缝上的方向为x轴，第一凹面反射镜的法线与x轴的夹角为8°～10°，光栅的法线与x轴的夹角为26°～30°，第二凹面反射镜的法线与x轴的夹角为30°～35°，柱面透镜的法线与x轴的夹角为23°～25°，CCD阵列检测器与x轴的夹角为10°～14°。本实用新型还提供了含有该紧凑型CCD阵列光谱仪的拉曼光谱检测系统。

Description

紧凑型CCD阵列光谱仪以及拉曼光谱检测系统

技术领域

本实用新型属于光学检测领域，涉及一种紧凑型CCD阵列光谱仪以及含有该紧凑型CCD阵列光谱仪的拉曼光谱检测系统。

背景技术

拉曼光谱是指入射光经样品反射后频率发生变化而形成的光谱，不同的物质具有不同的拉曼光谱，因此拉曼光谱分析法可以用于对物质进行定性及鉴别，在各行各业都有着广泛的应用。

对物质进行拉曼光谱分析的拉曼光谱检测系统通常包含两部分，一部分是将检测光投射到待测样品表面并得到返回光的拉曼探头，另一部分则是接收该返回光并得到相应光谱的光谱仪。其中，CCD阵列检测器因具有光谱范围宽、噪声低的优点而适合作为光谱仪中的检测单元应用。

一般情况下，物质所产生的拉曼光强度较低，因此上述光谱仪中必须设置一些光增强元件才能够使返回光的强度达到检测器的检测需求。所以，应用于拉曼光谱检测系统中的光谱仪中具有多个光学元件，通常情况下这些光学元件呈线性排列，导致整个拉曼光谱检测系统的体积较大，不便于携带使用。

实用新型内容

为解决上述问题，提供一种结构紧凑的CCD阵列光谱仪以获得体积更小的拉曼光谱检测系统，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种紧凑型CCD阵列光谱仪，用于对拉曼探头检测样品后得到的返回光进行检测从而得到该样品的拉曼光谱，其特征在于，包括：依次设置在返回光光路上的狭缝、第一滤光片、第一凹面反射镜、光栅、第二凹面反射镜、柱面透镜以及CCD阵列检测器，其中，第一滤光片中心与狭缝中心的距离为2mm～6mm，以返回光投射至狭缝上的方向为x轴，第一凹面反射镜用于将经过第一滤光片的返回光反射至光栅上，该第一凹面反射镜的法线与x轴的夹角为8°～10°，光栅用于对返回光进行分光形成拉曼信号光，该光栅的法线与x轴的夹角为26°～30°，第二凹面反射镜用于将拉曼信号光反射至柱面透镜上，该第二凹面反射镜的法线与x轴的夹角为30°～35°，柱面透镜用于对CCD阵列检测器的垂直方向上的拉曼信号光进行会聚增强从而增强CCD阵列检测器所接收的光信号，该柱面透镜的法线与x轴的夹角为23°～25°，CCD阵列检测器与x轴的夹角为10°～14°。

本实用新型提供的紧凑型CCD阵列光谱仪，还可以具有如下技术特征：其中，第一凹面反射镜的曲率半径为90mm～110mm，该第一凹面反射镜中心与狭缝中心的距离为50mm～55mm，第二凹面反射镜的曲率半径为95mm～115mm，该第二凹面反射镜中心与光栅中心的距离为25mm～35mm。

本实用新型提供的紧凑型CCD阵列光谱仪，还可以具有如下技术特征：其中，光栅的光栅常数为1200线/mm，该光栅的中心与第一凹面反射镜的中心距离为40mm～50mm。

本实用新型提供的紧凑型CCD阵列光谱仪，还可以具有如下技术特征：其中，柱面透镜中心到CCD阵列检测器中心的距离为 7mm～10mm。

本实用新型还提供了一种拉曼光谱检测系统，用于对样品进行拉曼光谱检测得到该样品对应的拉曼光谱，其特征在于，包括：拉曼探头，用于将检测光投射至样品上形成相应的返回光；以及紧凑型CCD 阵列光谱仪，用于对返回光进行检测从而得到样品的拉曼光谱，其中，紧凑型CCD阵列光谱仪为如上任一项所述的紧凑型CCD阵列光谱仪。

本实用新型提供的拉曼光谱检测系统，还可以具有如下技术特征：其中，拉曼探头包括：激光光源，用于产生激光；第一准直透镜，设置在激光的光路上，用于对该激光进行准直；窄带滤光片，用于提高激光的单色性；二向色镜，用于将激光反射到样品表面并对样品表面产生的返回光进行透过；第二滤光片，设置在返回光的光路上，用于滤除返回光中的杂光；第二准直透镜，设置在第二滤光片后，用于对返回光进行会聚。

本实用新型提供的拉曼光谱检测系统，还可以具有如下技术特征：其中，拉曼探头还包括第三准直透镜，该第三准直透镜设置在二向色镜以及样品之间。

实用新型作用与效果

根据本实用新型的紧凑型CCD阵列光谱仪以及拉曼光谱监测系统，由于其中设置有第一凹面反射镜和第二凹面反射镜并且该两个凹面反射镜与返回光所在的x轴方向具有适当的夹角，因此返回光在投射出狭缝后沿着折线形光路前进，使得光谱仪在x轴方向上的长度缩短，整体结构更为紧凑，进一步使得含有该紧凑型CCD阵列光谱仪的拉曼光谱检测系统体积更小，便于携带。

本实用新型中，狭缝后方还设置有第一滤光片，能够对返回光进行进一步滤光，使得该返回光在传输过程中被各个光学元件表面、机械壳等散射造成的杂散光被滤除，提高了该紧凑型CCD阵列光谱仪的杂散光抑制能力，使微弱的拉曼光谱信号能够被很好地探测出来；第一滤光片与狭缝的距离设置为2mm～6mm，因此该第一滤光片紧贴狭缝，经过狭缝的返回光需要全部通过该第一滤光片，因而不会发生漏光，能够避免漏出的杂散光对后续过程造成影响，进一步提高了杂散光抑制能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例的拉曼光谱检测系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。

<实施例>

图1是本实用新型实施例的拉曼光谱检测系统结构示意图。

如图1所示，本实施例的拉曼光谱检测系统100包括拉曼探头 10和紧凑型CCD阵列光谱仪20。

拉曼探头10包括激光光源11、第一准直透镜12、窄带滤光片 13、二向色镜14、第二滤光片15、第二准直透镜16以及第三准直透镜17。

在本实施例中，激光光源11为波长785nm的激光器，发射的激光L1经过第一准直透镜12准直后再被窄带滤光片13滤光提高单色性，随后投射至二向色镜14表面。该二向色镜14能够对波长785nm 左右的激光进行反射，并对其他波长的光进行透过，因此激光器所发射的激光被反射，经过第三准直透镜17到达样品S表面，并在样品 S表面产生反映样品S成分的拉曼光。该拉曼光经过第三准直透镜17 准直，随后穿过二向色镜14，在第二滤光片15上初步滤除杂散光，再被第二准直透镜16会聚形成返回光并进入紧凑型CCD阵列光谱仪20。

紧凑型CCD阵列光谱仪20包括依次设置在返回光光路上的狭缝 21、第一滤光片22、第一凹面反射镜23、光栅24、第二凹面反射镜 25、柱面透镜26以及CCD阵列检测器27。

返回光通过狭缝21后，先被第一滤光片22进一步滤除杂散光，随后投射至第一凹面反射镜23上。在本实施例中，该第一滤光片22 中心与狭缝21中心的距离为2mm～6mm。

第一凹面反射镜23是曲率半径为90mm～110mm的凹面反射镜，其中心与狭缝21中心的距离为50mm～55mm。另外，该第一凹面反射镜23与返回光的方向具有一定夹角，以返回光进入狭缝的方向为x轴方向，则第一凹面反射镜23的法线与x轴的夹角为8°～10°。这样，返回光就被第一凹面反射镜23以略微倾斜的方向反射至光栅24。

光栅24的光栅常数为1200线/mm，该光栅24的法线与x轴的夹角为26°～30°并且其中心与第一凹面反射镜23的中心距离为 40mm～50mm。返回光在该光栅24上被分光形成拉曼信号光，并随后投射至第二凹面反射镜25上。

第二凹面反射镜25的曲率半径为95mm～115mm，该第二凹面反射镜25的法线与x轴的夹角为30°～35°并且其中心与光栅24中心的距离为25mm～35mm。

拉曼信号光被第二凹面反射镜25反射至柱面透镜26上进行光增强，经过光增强的拉曼信号光到达CCD阵列检测器27进行成像，由此就得到了样品S的拉曼光谱。其中，柱面透镜26的法线与x轴的夹角为23°～25°，并且该柱面透镜26中心到CCD阵列检测器27中心的距离为7mm～10mm。

实施例作用与效果

根据本实施例的紧凑型CCD阵列光谱仪以及拉曼光谱监测系统，由于设置有第一凹面反射镜和第二凹面反射镜并且该两个凹面反射镜与返回光所在的x轴方向具有适当的夹角，因此返回光在投射出狭缝后沿着折线形光路前进，使得光谱仪在x轴方向上的长度缩短，整体结构更为紧凑，进一步使得含有该紧凑型CCD阵列光谱仪的拉曼光谱检测系统体积更小，便于携带。

本实施例中，不仅拉曼探头中的第二滤光片能够滤除拉曼光中的杂散光，狭缝后方设置有第一滤光片，该第一滤光片还能够对返回光进行进一步滤光，使得该返回光在传输过程中被各个光学元件表面、机械壳等散射造成的杂散光被滤除，提高了本实施例中紧凑型CCD 阵列光谱仪的杂散光抑制能力，使微弱的拉曼光谱信号能够被很好地探测出来；第一滤光片与狭缝的距离设置为2mm～6mm，因此该第一滤光片紧贴狭缝，经过狭缝的返回光需要全部通过该第一滤光片，因而不会发生漏光，能够避免漏出的杂散光对后续过程造成影响，进一步提高了杂散光抑制能力。

在本实施例中，不仅第一凹面反射镜和第二凹面反射镜在x轴方向设置了适当的夹角，其他光学元件也针对这样的折线形光路设置了适当的光学参数、夹角角度和互相之间的距离，因此使得本实施例的紧凑型CCD阵列光谱仪不仅能够使返回光在投射出狭缝后沿着折线形光路前进，还能够在达到利用多种光学元件得到拉曼光谱的同时让返回光的折线路径最短，从而使得紧凑型CCD阵列光谱仪整体更加紧凑。

例如，在x轴方向上，本实施例的紧凑型CCD阵列光谱仪的最大距离(从狭缝至第一凹面反射镜边缘部分)能够控制在79mm以内，而在与x轴垂直的y轴方向上最大距离(从狭缝到CCD阵列检测器处)能够控制在76mm以内。因此，本实施例的紧凑型CCD阵列光谱仪能够设置在76mm×79mm的空间内，使得含有该紧凑型CCD阵列光谱仪的拉曼光谱检测系统的尺寸可以控制在79mm×118mm以内，不仅便携性大大提高，而且还能够让使用者单手把持，让检测操作更为方便。

另外，本实施例采用了柱面透镜对拉曼信号光进行光增强，因此提高了CCD阵列检测器探测拉曼光信号的灵敏度。窄带滤光片能够对激光源所发出的激光进行滤光，提高了其单色性。

Claims (7)

1.一种紧凑型CCD阵列光谱仪，用于对拉曼探头检测样品后得到的返回光进行检测从而得到该样品的拉曼光谱，其特征在于，包括：

依次设置在所述返回光光路上的狭缝、第一滤光片、第一凹面反射镜、光栅、第二凹面反射镜、柱面透镜以及CCD阵列检测器，

其中，所述第一滤光片中心与所述狭缝中心的距离为2mm～6mm，

以所述返回光投射至所述狭缝上的方向为x轴，

所述第一凹面反射镜用于将经过所述第一滤光片的所述返回光反射至所述光栅上，该第一凹面反射镜的法线与所述x轴的夹角为8°～10°，

所述光栅用于对所述返回光进行分光形成拉曼信号光，该光栅的法线与所述x轴的夹角为26°～30°，

所述第二凹面反射镜用于将所述拉曼信号光反射至所述柱面透镜上，该第二凹面反射镜的法线与所述x轴的夹角为30°～35°，

所述柱面透镜用于对所述CCD阵列检测器的垂直方向上的所述拉曼信号光进行会聚增强从而增强所述CCD阵列检测器所接收的光信号，该柱面透镜的法线与所述x轴的夹角为23°～25°，

所述CCD阵列检测器与所述x轴的夹角为10°～14°。

2.根据权利要求1所述的紧凑型CCD阵列光谱仪，其特征在于：

其中，所述第一凹面反射镜的曲率半径为90mm～110mm，该第一凹面反射镜中心与所述狭缝中心的距离为50mm～55mm，

所述第二凹面反射镜的曲率半径为95mm～115mm，该第二凹面反射镜中心与所述光栅中心的距离为25mm～35mm。

3.根据权利要求1所述的紧凑型CCD阵列光谱仪，其特征在于：

其中，所述光栅的光栅常数为1200线/mm，该光栅的中心与所述第一凹面反射镜的中心距离为40mm～50mm。

4.根据权利要求1所述的紧凑型CCD阵列光谱仪，其特征在于：

其中，所述柱面透镜中心到所述CCD阵列检测器中心的距离为7mm～10mm。

5.一种拉曼光谱检测系统，用于对样品进行拉曼光谱检测得到该样品对应的拉曼光谱，其特征在于，包括：

拉曼探头，用于将检测光投射至所述样品上形成相应的返回光；以及

紧凑型CCD阵列光谱仪，用于对所述返回光进行检测从而得到所述样品的拉曼光谱，

其中，所述紧凑型CCD阵列光谱仪为权利要求1～4中任一项所述的紧凑型CCD阵列光谱仪。

6.根据权利要求5所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于：

其中，所述拉曼探头包括：

激光光源，用于产生激光；

第一准直透镜，设置在所述激光的光路上，用于对该激光进行准直；

窄带滤光片，用于提高所述激光的单色性；

二向色镜，用于将所述激光反射到所述样品表面并对所述样品表面产生的返回光进行透过；

第二滤光片，设置在所述返回光的光路上，用于滤除所述返回光中的杂光；

第二准直透镜，设置在所述第二滤光片后，用于对所述返回光进行会聚。

7.根据权利要求6所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于：

其中，所述拉曼探头还包括第三准直透镜，该第三准直透镜设置在所述二向色镜以及所述样品之间。