空间分辨光发射谱采集器制造技术

本发明专利技术涉及光谱采集应用技术。它包括共轴的物镜、出射透镜和滤波光阑构成的会聚透镜组及屏蔽镜筒，出射透镜后续光路上有３个放在不同支承板块上的反射镜，在第一和第二、第二和第三支承板块之间及第三板块和底座之间，分别设有使二者产生相对运动的平动机构及控制器，三个平动机构的运动方向分别平行于３个反射镜的反射光束轴线，并且三者相互垂直，其中之一平行于会聚透镜组光轴，其滤波光阑由两个小孔光阑及隔在中间的弹性垫圈共轴组合构成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱采集应用技术。光谱学的实际应用中，常常需要采集光发射谱。在较为传统的技术中，光发射谱的采集器是由共轴安装的物镜、出射透镜及小孔光阑组成的。物镜采集的光经小孔光阑滤波，再经出射透镜，成为平行光束，然后进入分光系统进行光谱分析。这种方式虽然能够实现定域采集光谱，但当需要采集不同区域的光谱，即进行空间分辨的光谱采集时，必须移动透镜组使待采集点处在光轴上的适当位置。随着透镜组光轴的移动，出射的光束也随之移动，如果待采集区域在透镜组光轴之外，则同时必须改变分光系统的位置。分光系统的调整是十分严格精细的工作，临时调节往往不能保证分光系统处于最佳位置，由此将影响采集系统整体的光谱响应，从而降低光谱的可信度和可比较性。目前分光系统的调整都是人工进行的，尚不能实现自动化；加之，只有光阑小孔的孔径很小时(小于0.1mm)才能达到较高的空间分辨率，而小孔径的小孔光阑的加工较为困难。另外，这种滤波方式在沿光轴的分辨较低，对于0.1mm的光阑，其沿光轴的分辨率仅为2mm左右。1993年，在中国科技大学物理系的一篇博士论文中，公开了一种采用光纤代替小孔光阑的技术方案(郭骅，等离子化学气相淀积过程的原位光谱检测，1993.5)，即将一根柔性光纤相对物镜固定于其像面上，使物镜采集的光直接耦合到柔性光纤的光芯中，然后从光纤的另一端进入分光系统。由于光纤的柔性特征，使得物镜作区域扫描时，不必移动分光系统，这给操作带来方便。但是，由于光纤芯径很小，耦合效率较低，不利于弱光采集；其次，光纤具有良好的光传输特性，从其接收端面一定锥角内进入光纤的光均将被传输到另一端并进入分光系统，导致对环境杂散光较敏感，分辨率不高，一般仅1mm左右；另一方面，光束在光纤芯中经光纤长距离传输，光纤材料的存在会引起光谱的畸变，光纤的吸收特征也会限制采集光谱的波长覆盖范围。此外，该方案并未能解决光轴上分辨率低的缺陷。本专利技术的目的在于，提供一种具有三维分辨能力、便于加工并能实现自动化操作的空间分辨光发射谱的采集器。本专利技术的目的由以下方式实现。本专利技术的空间分辨光发射谱采集器，包括有共轴安装的物镜、出射透镜及滤波光阑构成的采集会聚透镜组，三者安装在一个能屏蔽杂散光的镜筒中，所述滤波光阑位于出射透镜的前焦面上，其特征在于，在出射透镜的后续光路上，设置有3个反射镜，第1反射镜和会聚透镜组在同一支承板块上，其镜面法线与会聚透镜组光轴成45°角，出射透镜射出的平行于会聚透镜组光轴的光束经第1反射镜反射向第2反射镜，安放在第二支承板块上的第2反射镜镜面法线与第1反射镜的反射光束轴线成45°角，安放在第三支承板块上的第3反射镜位于第2反射镜反射光的光路上，其镜面法线与第2反射镜的反射光束轴线成45°角；三个支承板块顺次叠放安装，第三板块安装在底座上，在第一和第二支承板块之间、第二和第三支承板块之间、第三板块和底座之间，分别设置有使二者产生相对运动的平动机构及控制器，其中，第一和第二支承板块之间的平动机构的运动方向与第1反射镜的反射光束轴线平行，第二和第三支承板块之间的平动机构的运动方向与第2反射镜的反射光束轴线平行，第三板块相对底座作水平向移动，其移动方向与第3反射镜的反射光轴线平行，三个平动机构的平动方向相互垂直，其中三者之一平行于会聚透镜组光轴；所述滤波光阑是由两个现有技术中常用的小孔光阑及弹性垫圈共轴组合构成的组合光阑，小孔光阑分设在弹性垫圈两侧，其弹性垫圈的中心孔直径大于光阑小孔外口孔径，三者用销钉或螺栓连成整体。本专利技术所述的采集器，将物镜采集到的光，经滤波光阑和出射透镜，使其成为平行光，然后经3个反射镜后再进入常规的分光系统。由于所述的3个反射镜分设在三个支承板块上，并且分别设有三个运动方向相互垂直的平动机构，从而使第一支承板块上的物镜有三维扫描能力。由于三个反射镜间的相互位置关系，物镜作三维扫描采集时，从第3反射镜射出的反射光的方向始终保持不变，因而可以固定分光系统，并保证光谱响应的一致性，免去了现有技术中需临时调节分光系统的麻烦。实际操作中，只要根据待采集点位置，利用控制器调节三个平动机构的动作位置，就能方便地使物镜对准采集点。三个平动机构的运动方向互相垂直，方便了操作，也保证了移动的独立性，有利于实现自动化采集。所述平动机构都是现有技术中的成熟技术，例如燕尾槽导轨机构，V形槽导轨机构，套筒滑杆机构、丝杆螺母驱动机构等，具有加工方便，结构简单的优点。现有技术中的光轴分辨率较低的问题，通过精细加工的组合光阑能得到较大提高。因为在常用的小孔光阑中，其孔径大小直接影响分辨率，由于加工原因，孔径无法太小而影响了分辨率。本专利技术中使用了由中间垫圈分隔开的双小孔光阑，其各自有效通光区域前后位置的不重合，产生相互制约，则其总的有效通光区域为二者的交叠部分，相比同孔径单个小孔光阑，其有效通光区域明显地缩小，从而提高分辨率。实测表明，当两侧的小孔直径为0.3mm时，其分辨效果等同于现有技术中0.01mm单小孔光阑的分辩效果，因而在同等分辨率的情况下，大大降低了加工难度；在同等加工难度的情况下，大大提高了分辨率。下面通过实施例及其附图作进一步描述。附图说明图1是本专利技术的一种实施例结构示意图。图2是图1中的A向视图。图3是所述组合光阑的结构示意图。参见图1，(1)为物镜，(2)为滤光光阑，(3)为出射透镜，三者按常规技术安装在镜筒(4)中，并固定在第一支承平台(6)上构成会聚透镜组。该会聚透镜组的光轴轴线为水平线。(5)为第1反射镜，它也安装在平台(6)上，该镜镜面法线与会聚透镜组光轴成45°角，从会聚透镜组射出的平行光到第1反射镜产生反射，其反射光束轴线垂直向下，穿过平台(6)的空缺射到第2反射镜(7)上。(8)为第二支承平台上，安装在该平台上的第2反射镜(7)的镜面与水平台面成135°，该镜面法线与第1反射光束轴线成45°角，其反射光轴线水平射到第3反射镜(9)上。所述第2反射镜反射光轴线与第1反射光束轴线在空间垂直。(10)为第三支承平台，其台面也为水平状。第3反射镜(9)安装在该台面上，其镜面与台面成90°角，其镜面法线与第2反射镜的反射光束轴线成45°角。(11)为底座，在第三支承平台与底座之间设有燕尾槽导轨式平动装置，第三支承平台能作相对底座的水平向移动，其移动方向平行于第3反射镜的反射光束轴线。在第三支承平台与第二支承平台之间也设有燕尾槽导轨式平动装置，第二支承平台能作相对第三支承平台的水平向移动，其移动方向平行于第2反射镜的反射光束轴线，也平行于所述会聚透镜组的光轴。在第二支承平台与第一支承平台之间设有套筒、滑杆式垂直上下平动机构，(12)是固连在第一支承平台(4)上的滑杆，它穿套在第二支承平台(8)的圆孔中，并由导向键(13)定位。本实施例中，第一支承平台能相对于第二支承平台作垂直方向的移动，第二支承平台能相对于第三支承平台作左、右方向的水平移动，第三支承平台能相对于底座作前、后方向的水平移动。参见图2，(14)为分光系统，第3反射镜的反射光束轴线水平射到分光系统中，并与第2反射镜的反射光束轴线相垂直。参见图3，(15)为左小孔光阑，(16)为中间弹性垫圈，(17)为右小孔光阑，三者由螺纹连接件连成整体。。权利要求1.一种空间分辨光发射谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间分辨光发射谱采集器，包括有共轴安装的物镜、出射透镜及滤波用光阑构成的采集会聚透镜组，三者安装在一个能屏蔽杂散光的镜筒中，所述光阑位于出射透镜的前焦面上，其特征在于，在出射透镜的后续光路上，设置有３个反射镜，第１反射镜和会聚透镜组在同一支承板块上，其镜面法线与会聚透镜组光轴成４５°角，出射透镜射出的平行于会聚透镜组光轴的光束经第１反射镜反射向第２反射镜，安放在第二支承板块上的第２反射镜镜面法线与第１反射镜的反射光束轴线成４５°角，安放在第三支承板块上的第３反射镜位于第２反射镜反射光的光路上，其镜面法线与第２反射镜的反射光束轴线成４５°角；三个支承板块顺次叠放安装，第三板块安装在底座上，在第一和第二支承板块之间、第二和第三支承板块之间、第三板块和底座之间，分别设置有使二者产生相对运动的平动机构及控制器，其中，第一和第二支承板块之间的平动机构的运动方向与第１反射镜的反射光束轴线平行，第二和第三支承板块之间的平动机构的运动方向与第２反射镜的反射光束轴线平行，第三板块相对底座作水平向移动，其移动方向与第３反射镜的反射光轴线平行，三个平动机构的平动方向相互垂直，其中三者之一平行于会聚透镜组光轴。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：方容川，叶祉渊，薛剑耿，王冠中，崔景彪，李灿华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]