CN220206851U - 一种光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光谱仪，光谱仪包括：沿光学系统的第一侧至光学系统的第二侧的方向依次设置的第一透镜组、第一透镜以及第二透镜组，第一透镜组、第一透镜和第二透镜组共同形成集成有准直系统和聚焦系统的光学系统；光谱仪还包括反射光栅和探测器，反射光栅位于光学系统的第二侧，探测器位于光学系统的第一侧；发散光束从光学系统的第一侧至光学系统的第二侧的方向穿经光学系统，并经光学系统准直进入反射光栅的反射面，然后经反射光栅分光后从光学系统的第二侧至光学系统的第一侧的方向再穿经光学系统，并经光学系统出射聚焦在探测器的接收面。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学器件技术领域，特别是涉及一种光谱仪。
背景技术
光谱仪作为一种光学遥感器，不仅可以获得待测目标的空间信息同时也可获得光谱信息。光谱仪通过自身分光元件，对入射其系统中的复色光进行区分。由于待测目标对不同波长的反射或发射的能量不同，因此可以获得待测目标的光谱信息及空间信息。
目前常用的光谱仪的准直系统和聚焦系统是两个相对独立的系统，上述设计会造成光谱仪的整体体积偏大，不利于光谱仪的小型化。
实用新型内容
基于此，本实用新型提供一种结构紧凑，体积小的光谱仪。
一种光谱仪，所述光谱仪包括：沿光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向依次设置的第一透镜组、第一透镜以及第二透镜组，所述第一透镜组、所述第一透镜和所述第二透镜组共同形成集成有准直系统和聚焦系统的所述光学系统；所述光谱仪还包括反射光栅和探测器，所述反射光栅位于所述光学系统的第二侧，所述探测器位于所述光学系统的第一侧；
发散光束从所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向穿经所述光学系统，并经所述光学系统准直进入所述反射光栅的反射面，然后经所述反射光栅分光后从所述光学系统的第二侧至所述光学系统的第一侧的方向再穿经所述光学系统，并经所述光学系统出射聚焦在所述探测器的接收面。
在其中一个实施例中，所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为平面，所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面，所述第一透镜的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为凸面，所述第一透镜的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面，所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为凹面，所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面。
在其中一个实施例中，所述第一透镜组包括沿所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向间隔设置的第二透镜和第三透镜，所述第二透镜的第一面为平面，所述第二透镜的第二面为凹面，所述第二透镜的第一面与所述第二透镜的第二面相对设置；所述第三透镜的第一面为凸面，所述第三透镜的第二面为凸面，所述第三透镜的第一面与所述第三透镜的第二面相对设置，且所述第三透镜的第一面靠近所述第二透镜的第二面设置；所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面即为所述第二透镜的第一面；所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面即为所述第三透镜的第二面。
在其中一个实施例中，所述第二透镜组包括沿所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向间隔设置的第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第四透镜的第一面为凹面，所述第四透镜的第二面为凹面，所述第四透镜的第一面与所述第四透镜的第二面相对设置；所述第五透镜的第一面为凹面，所述第五透镜的第二面为凸面，所述第五透镜的第一面与所述第五透镜的第二面相对设置，且所述第五透镜的第一面靠近所述第四透镜的第二面设置；所述第六透镜的第一面为平面，所述第六透镜的第二面为凸面，所述第六透镜的第一面与所述第六透镜的第二面相对设置，且所述第六透镜的第一面靠近所述第五透镜的第二面设置；所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面即为所述第四透镜的第一面；所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面即为所述第六透镜的第二面。
在其中一个实施例中，所述光谱仪还包括用于射出所述发散光束的入射焦点，所述入射焦点位于所述光学系统的第一侧。
在其中一个实施例中，所述反射光栅的反射面相对所述光学系统的中轴线倾斜设置，所述探测器的接收面相对所述光学系统的中轴线垂直设置。
在其中一个实施例中，所述第一透镜组的焦距为正，所述第一透镜组的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
在其中一个实施例中，所述第一透镜的焦距为正，所述第一透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
在其中一个实施例中，所述第二透镜组的焦距为负，所述第二透镜组的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
在其中一个实施例中，所述光学系统与所述探测器之间的间隔为3.5mm～8mm；所述第一透镜组与所述第一透镜之间的间隔为5.1mm～9mm；所述第二透镜组与所述第一透镜之间的间隔为1mm～5mm。
本申请提供的光谱仪，通过使第一透镜组、第一透镜和第二透镜组共同形成集成有准直系统和聚焦系统的光学系统，发散光束从光学系统的第一侧至光学系统的第二侧的方向穿经光学系统，并经光学系统准直进入反射光栅的反射面，然后经反射光栅分光后把不同波长的光分开，再从光学系统的第二侧至光学系统的第一侧的方向穿经光学系统，并经光学系统出射聚焦在探测器的接收面，实现精细光谱成像，因此在相同的光谱分辨能力下，使准直系统与聚焦系统二者集成为一体，并使探测器位于光学系统的第一侧，使得光谱仪结构紧凑，体积小，节省安装空间，便于光谱仪小型化，同时光路更加简洁，降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的实施例提供的光谱仪的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
如图1所示，本申请提供了一种光谱仪，该光谱仪包括沿光学系统301的第一侧至光学系统301的第二侧的方向依次设置的第一透镜组100、第一透镜200以及第二透镜组300，第一透镜组100、第一透镜200和第二透镜组300共同形成集成有准直系统和聚焦系统的光学系统301；光谱仪还包括反射光栅400和探测器500，反射光栅位于光学系统301的第二侧，探测器500位于光学系统301的第一侧。
发散光束从光学系统301的第一侧至光学系统301的第二侧的方向穿经光学系统301，并经光学系统301准直进入反射光栅400的反射面，然后经反射光栅400分光后从光学系统301的第二侧至光学系统301的第一侧的方向再穿经光学系统301，并经光学系统301出射聚焦在探测器500的接收面。
本申请提供的光谱仪，通过使第一透镜组100、第一透镜200和第二透镜组300共同形成集成有准直系统和聚焦系统的光学系统301，发散光束从光学系统301的第一侧至光学系统301的第二侧的方向穿经光学系统301，并经光学系统301准直进入反射光栅400的反射面，然后经反射光栅400分光后把不同波长的光分开，再从光学系统301的第二侧至光学系统301的第一侧的方向穿经光学系统301，并经光学系统301出射聚焦在探测器500的接收面，实现精细光谱成像，因此在相同的光谱分辨能力下，使准直系统与聚焦系统二者集成为一体，并使探测器500位于光学系统301的第一侧，使得光谱仪结构紧凑，体积小，节省安装空间，便于光谱仪小型化，同时光路更加简洁，降低成本。
第一透镜组100的焦距为正，第一透镜组100的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
第一透镜200的焦距为正，第一透镜200由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
第二透镜组300的焦距为负，第二透镜组300的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
进一步的，第一透镜组100包括至少一个透镜，至少一个透镜包括同类或不同类的玻璃材料制成的透镜。第二透镜组300包括至少一个透镜，至少一个透镜包括同类或不同类的玻璃材料制成的透镜。
进一步地，第一透镜组100的最靠近光学系统301的第一侧的表面为平面，第一透镜组100的最靠近光学系统301的第二侧的表面为凸面，第一透镜200的最靠近光学系统301的第一侧的表面为凸面，第一透镜200的最靠近光学系统301的第二侧的表面为凸面，即第一透镜200为双凸透镜，用于汇聚来自点光源的光，第二透镜组300的最靠近光学系统301的第一侧的表面为凹面，第二透镜组300的最靠近光学系统301的第二侧的表面为凸面。
第一透镜组100包括沿光学系统301的第一侧至光学系统301的第二侧的方向间隔设置的第二透镜110和第三透镜120，第二透镜110的第一面为平面，第二透镜110的第二面为凹面，即第二透镜110是平凹透镜，其具有负焦距，用于发散准直的入射光束，第二透镜110的第一面与第二透镜110的第二面相对设置；第三透镜120的第一面为凸面，第三透镜120的第二面为凸面，即第三透镜120为双凸透镜，其用于汇集和传递光束，第三透镜120的第一面与第三透镜120的第二面相对设置，且第三透镜120的第一面靠近第二透镜110的第二面设置；第一透镜组100的最靠近光学系统301的第一侧的表面即为第二透镜110的第一面；第一透镜组100的最靠近光学系统301的第二侧的表面即为第三透镜120的第二面。
第二透镜组300包括沿光学系统301的第一侧至光学系统301的第二侧的方向间隔设置的第四透镜310、第五透镜320和第六透镜330，第四透镜310的第一面为凹面，第四透镜310的第二面为凹面，即第四透镜310为双凹透镜，用于扩束光束和投影，第四透镜310的第一面与第四透镜310的第二面相对设置；第五透镜320的第一面为凹面，第五透镜320的第二面为凸面，即第五透镜320为凹凸镜，凹凸镜的焦距极短，用于使得人或物形成正立缩小的虚像，第五透镜320的第一面与第五透镜320的第二面相对设置，且第五透镜320的第一面靠近第四透镜310的第二面设置；第六透镜330的第一面为平面，第六透镜330的第二面为凸面，即第六透镜330为平凸透镜，用于将光束聚焦成一个点，第六透镜330的第一面与第六透镜330的第二面相对设置，且第六透镜330的第一面靠近第五透镜320的第二面设置；第二透镜组300的最靠近光学系统301的第一侧的表面即为第四透镜310的第一面；第二透镜组300的最靠近光学系统301的第二侧的表面即为第六透镜330的第二面。
光谱仪还包括用于射出发散光束的入射焦点600，入射焦点600位于光学系统301的第一侧，且入射焦点600位于探测器500的下方。具体地，探测器500用于成像，位于光谱仪的像侧，入射焦点600用于发射光束，位于光谱仪的物侧，也就是说，该光谱仪的像侧和物侧位于光谱仪的同一侧，即光谱仪的第一侧。
具体在本实施例中，反射光栅400的反射面相对光学系统301的中轴线倾斜设置，保证入射的光线与反射光栅400尽量垂直；探测器500的接收面相对光学系统301的中轴线垂直设置,也可以倾斜一定角度,保证接收的光线全部聚焦在探测器500表面。
在一些实施例中，光学系统301与探测器500之间的间隔为3.5mm～8mm。
第一透镜组100与第一透镜200之间的间隔为5.1mm～9mm。
第二透镜组300与第一透镜200之间的间隔为1mm～5mm。
第二透镜110与第三透镜120之间的间隔为0.5mm～2.8mm。
第三透镜120与第一透镜200之间的间隔为5.1mm～9mm。
第四透镜310与第一透镜200之间的间隔为1mm～5mm。
第四透镜310与第五透镜320之间的间隔为1mm～3.6mm。
第五透镜320与第六透镜330之间的间隔为0.05mm～3mm。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括：沿光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向依次设置的第一透镜组、第一透镜以及第二透镜组，所述第一透镜组、所述第一透镜和所述第二透镜组共同形成集成有准直系统和聚焦系统的所述光学系统；所述光谱仪还包括反射光栅和探测器，所述反射光栅位于所述光学系统的第二侧，所述探测器位于所述光学系统的第一侧；
发散光束从所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向穿经所述光学系统，并经所述光学系统准直进入所述反射光栅的反射面，然后经所述反射光栅分光后从所述光学系统的第二侧至所述光学系统的第一侧的方向再穿经所述光学系统，并经所述光学系统出射聚焦在所述探测器的接收面。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为平面，所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面，所述第一透镜的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为凸面，所述第一透镜的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面，所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面为凹面，所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面为凸面。
3.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一透镜组包括沿所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向间隔设置的第二透镜和第三透镜，所述第二透镜的第一面为平面，所述第二透镜的第二面为凹面，所述第二透镜的第一面与所述第二透镜的第二面相对设置；所述第三透镜的第一面为凸面，所述第三透镜的第二面为凸面，所述第三透镜的第一面与所述第三透镜的第二面相对设置，且所述第三透镜的第一面靠近所述第二透镜的第二面设置；所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面即为所述第二透镜的第一面；所述第一透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面即为所述第三透镜的第二面。
4.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第二透镜组包括沿所述光学系统的第一侧至所述光学系统的第二侧的方向间隔设置的第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第四透镜的第一面为凹面，所述第四透镜的第二面为凹面，所述第四透镜的第一面与所述第四透镜的第二面相对设置；所述第五透镜的第一面为凹面，所述第五透镜的第二面为凸面，所述第五透镜的第一面与所述第五透镜的第二面相对设置，且所述第五透镜的第一面靠近所述第四透镜的第二面设置；所述第六透镜的第一面为平面，所述第六透镜的第二面为凸面，所述第六透镜的第一面与所述第六透镜的第二面相对设置，且所述第六透镜的第一面靠近所述第五透镜的第二面设置；所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第一侧的表面即为所述第四透镜的第一面；所述第二透镜组的最靠近所述光学系统的第二侧的表面即为所述第六透镜的第二面。
5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括用于射出所述发散光束的入射焦点，所述入射焦点位于所述光学系统的第一侧。
6.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述反射光栅的反射面相对所述光学系统的中轴线倾斜设置，所述探测器的接收面相对所述光学系统的中轴线垂直设置。
7.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第一透镜组的焦距为正，所述第一透镜组的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
8.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第一透镜的焦距为正，所述第一透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
9.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第二透镜组的焦距为负，所述第二透镜组的透镜由折射率nd>1.5、色散vd<50的玻璃制成。
10.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，
所述光学系统与所述探测器之间的间隔为3.5mm～8mm；
所述第一透镜组与所述第一透镜之间的间隔为5.1mm～9mm；
所述第二透镜组与所述第一透镜之间的间隔为1mm～5mm。
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