一种小型化低成本自准直式光谱分光模块制造技术

本实用新型专利技术属于光谱分析仪器技术领域，具体涉及一种小型化低成本自准直式光谱分光模块。克服了传统光谱仪存在的成像分辨率较低、体积较大、成本较高且装调复杂等问题，包括光纤、准直‑聚焦系统、光栅及探测器；准直‑聚焦系统与光栅共光轴；光信号经光纤导入，以光锥的形式均匀分布到准直‑聚焦系统的前表面，经准直后透过准直‑聚焦系统均匀分布到光栅的接收面上；经光栅分光并反射后的光束，经过准直‑聚焦系统的后表面聚焦并透过准直‑聚焦系统后到达探测器的像面。采用透射式光学元件，有效避开了像散引起的谱线弯曲；以微细光纤取代入射狭缝，固定所有光学元件的位置，仅通过调整探测器的像面位置便可以完成系统装调，大大简化了装调难度。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化低成本自准直式光谱分光模块
本技术属于光谱分析仪器
，具体涉及一种小型化低成本自准直式光谱分光模块。
技术介绍
在分析测试类仪器领域，光谱分析应用十分广泛，例如在检测物质组成与含量方面，光谱分析法以其独有的便捷性与快速性，逐步取代传统的化学检测法；另外，在工业领域，很多光电传感类产品中，光谱分析以其特有的高精度性及稳定性，逐步取代传统式的测量方法。作为分析测试类仪器中的关键部件，以及工业领域中，为满足使用携带上的便捷性，在满足分辨率精度要求及使用条件的情况下，对缩小体积、降低成本的要求与日俱增。并且，随之模块化程度提高，结合外围的功能模块，可适用于不同的应用场合。传统光谱仪的准直系统与聚焦系统多采用反射式结构，即准直镜与聚焦镜均采用铝膜凹面反射镜，反射式结构由于光波的传输介质均为空气，因此不存在因“不同波长的光波在不同介质中的折射率不同”而产生的色差，可加大系统的光谱设计范围。但是，为避免光路遮挡，多采用离轴反射的结构形式，引入由于谱线弯曲难以矫正的像散，降低了成像分辨率。且由于传统光谱仪结构中，常见有C-T型、M型的结构形式，准直系统与聚焦系统通常各自独立，因此体积都比较大，成本也较高。另外，传统光谱仪的结构形式由入射狭缝、准直系统、分光光栅/棱镜、聚焦系统、探测器(CCD/CMOS)组成，各个光学元件之间的轴线相对存在不同的夹角，因此光机结构设计中需要考虑诸多光学元件的微调机构，装调步骤多、难度大，对装调人员的技术水平要求也较高。
技术实现思路
为了克服传统光谱仪存在的成像分辨率较低、体积较大、成本较高且装调复杂等问题，本专利技术提供一种小型化低成本自准直式光谱分光模块，采用透射式光学元件，有效避开了像散引起的谱线弯曲；并且通过自准直结构形式将准直系统与聚焦系统合二为一，大幅压缩了模块整体结构的体积；另外，以微细光纤取代入射狭缝，固定所有光学元件的位置，仅通过调整探测器的像面位置便可以完成系统装调，相比于传统光谱仪复杂的装调步骤，大大简化了装调难度，从而提升产能效率。本技术的技术方案是提供一种小型化低成本自准直式光谱分光模块，其特殊之处在于：包括光纤、准直-聚焦系统、光栅及探测器；准直-聚焦系统与光栅共光轴；光信号经光纤导入，以光锥的形式均匀分布到准直-聚焦系统的前表面，经准直后透过准直-聚焦系统均匀分布到光栅的接收面上；经光栅分光并反射后的光束，经过准直-聚焦系统的后表面聚焦并透过准直-聚焦系统后到达探测器的像面。进一步地，上述准直-聚焦系统为消色差胶合透镜，由凸透镜和凹透镜组合而成，利用两个透镜的材料不同，产生互补关系。进一步地，上述光纤为单根光纤或按照一定阵列方式排布的多根光纤。进一步地，上述光纤的数值孔径NA＝0.22。进一步地，上述光栅为闪耀光栅或全息光栅。进一步地，上述光栅相对于光轴的倾斜角为15度。进一步地，上述光栅的刻线数为600线对/毫米，基准波长λ为900nm。本技术的有益效果是：(1)相比传统的结构形式，本专利技术光谱分光模块，采用透射式准直系统和聚焦系统，共轴光路对光信号无遮挡，可以有效避开了像散引起的谱线弯曲；准直系统和聚焦系统选用消色差胶合透镜，可有效矫正工作波长范围的色差，可提升系统的光谱分辨率。(2)采用自准直结构形式将准直系统与聚焦系统合二为一，准直光路与聚焦光路共用一个空间进行光信号传输，可大幅压缩模块整体结构的体积；(3)信号输入端以微细光纤取代入射狭缝，固定消色差透镜组与光栅，仅通过调整探测器的像面位置便可以完成系统装调，相比于传统光谱仪复杂的装调步骤，大大简化了装调难度，从而提升产能效率。附图说明图1为本技术自准直式光谱分光模块的结构示意图；图2为沿图1中A-A线的剖视图。图中附图标记为：1光纤，2-准直-聚焦系统，3-光栅，4-探测器的像面。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术做进一步地描述。如图1所示，本技术小型化低成本自准直式光谱分光模块，结构部件主要包括：光纤1、准直-聚焦系统2、光栅3及探测器，准直-聚焦系统2与光栅3共光轴。光纤1用于将光信号导入模块，光纤的数值孔径NA＝0.22。经光纤导入的光束以光锥的形式均匀分布到准直-聚焦系统2的前表面(将光束先到达的表面定义为前表面，后到达的表面定义为后表面)，经准直后透过准直-聚焦系统2均匀分布到光栅3的接收面上。光纤1可以是单根光纤，也可以是多根光纤按照一定的阵列方式排布。准直-聚焦系统2将一般光谱仪的准直系统与聚焦系统由一套光学系统代替，本实施例选用凹透镜与凸透镜构成的消色差胶合透镜，可较大程度缩小模块体积，光束首先到达凹透镜前表面，经准直-聚焦系统2的三个面折射后，转化为准直光束到达光栅3的反射面。光栅3为闪耀光栅或全息光栅，用于将平行光进行分光。该实施例中光栅相对于光轴的倾斜角为15度，光栅刻线数为600线对/毫米，基准波长λ为900nm，相关参数在其他实施例中可以根据具体需求进行调整。经光栅3分光并反射后的光束，逆向经过准直-聚焦系统2的后表面，即光束首先到达凸透镜的后表面，经准直-聚焦系统2的三个面折射后，准确聚焦在探测器的像面4。通过调整探测器的像面4的前后、上下及倾斜角度，达到最佳分辨率后，固定号探测器的位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化低成本自准直式光谱分光模块，其特征在于：包括光纤(1)、准直-聚焦系统(2)、光栅(3)及探测器；准直-聚焦系统(2)与光栅(3)共光轴；/n光信号经光纤(1)导入，以光锥的形式均匀分布到准直-聚焦系统(2)的前表面，经准直后透过准直-聚焦系统(2)均匀分布到光栅(3)的接收面上；经光栅(3)分光并反射后的光束，经过准直-聚焦系统(2)的后表面聚焦并透过准直-聚焦系统(2)后到达探测器的像面(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型化低成本自准直式光谱分光模块，其特征在于：包括光纤(1)、准直-聚焦系统(2)、光栅(3)及探测器；准直-聚焦系统(2)与光栅(3)共光轴；
光信号经光纤(1)导入，以光锥的形式均匀分布到准直-聚焦系统(2)的前表面，经准直后透过准直-聚焦系统(2)均匀分布到光栅(3)的接收面上；经光栅(3)分光并反射后的光束，经过准直-聚焦系统(2)的后表面聚焦并透过准直-聚焦系统(2)后到达探测器的像面(4)。


2.根据权利要求1所述的小型化低成本自准直式光谱分光模块，其特征在于：所述准直-聚焦系统(2)为消色差胶合透镜，由凸透镜和凹透镜组合而成。


3.根据权利要求1或2所述的小型化低成本...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文松，单娟，
申请(专利权)人：西安和其光电科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61