一种成像光谱仪分光系统技术方案

本发明专利技术提供了一种成像光谱仪分光系统，以解决现有技术结构复杂装调难度大等的问题；包括沿所述入射狭缝的出射光路方向依次共轴设置的准直模组、色散组件、成像模组、成像面；从所述入射狭缝出射的光线经所述准直模组准直为复色平行光后入射到所述色散组件，经所述色散组件色散后射到所述成像模组上，并被聚焦到所述成像面；所述成像模组和所述准直模组形成对称结构，所述色散组件由两个棱镜和一个光栅组成，两个所述棱镜呈轴对称间隙布置于所述光栅两侧。栅两侧。栅两侧。

【技术实现步骤摘要】
一种成像光谱仪分光系统


[0001]本专利技术涉及光学仪器
，具体为一种成像光谱仪分光系统。

技术介绍

[0002]光谱仪是根据光的色散原理、衍射原理或者光学调制原理，将不同频率的光按照一定的规律分解开形成光谱，并配合相应的机械、电子和计算机系统，检测接收光的频率以及强度并对其进行检定的仪器。
[0003]纵观国内外主要的成像光谱仪系统，发现以反射式居多。反射式成像系统的代表结构主要有切尼一特纳(Czerny
‑
Tumer)系统和Offner系统。Czerny
‑
Turner光路结构以两个回面反射镜依次作为准直物镜和成像物镜,以平面反射光栅作为分光元件，具有结构简单紧凑、空间利用率大、光谱分辨率高等优点,是小型光谱仪的首选结构，荷兰Avantes公司研制的Avaspec系列小型光纤光谱仪就是采用的该结构，但在常见的Czerny
‑
Turner光路结构中，由于准直物镜和成像物镜的关系以及尺寸的缘故，正常传播的光线容易违背设计形成多次衍射，这样二次衍射或多次衍射会导致设计波长之外的光叠加到系统设定的出射波长上，增加了系统的染散光,降低了输出光线的纯度，此外如果使用反射器件，系统的光轴会发生折转，从而给系统结构设计及装调增加一定的难度。
[0004]Offner系统是在Offner中继光学系统的基础上发展起来的新型光谱成像系统，该系统以凸面光栅为核心,结合两个同心凹面反射镜构成分光系统，采用球面设计，结构简单，具有畸变小、成像质量好等特性，但是相对于平面光栅而言，凸面光栅价格昂贵、制作困难,而且就具体系统而言需要定制,也就限制了设计和装配的自由度,提高了系统的制造成本,通用性差；而且该结构是通过调整多个反射器件达到同心,实现降低多种相差影响,其在实际装配时难度很大。
[0005]综上，基于平面衍射光栅的成像光谱仪多为离轴光路，结构复杂装调难度大；而同心结构的成像光谱仪常用凹面光栅或凸面光栅，其加工制造难度大，且光栅加工工艺对仪器性能影响极大，则上述这些形式的成像光谱仪在模块化应用的民用市场中潜力不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种成像光谱仪分光系统，以解决现有技术存在的问题。
[0007]其技术方案是这样的：一种成像光谱仪分光系统，包括入射狭缝，其特征在于：还包括沿所述入射狭缝的出射光路方向依次共轴设置的准直模组、色散组件、成像模组、成像面；从所述入射狭缝出射的光线经所述准直模组准直为复色平行光后入射到所述色散组件，经所述色散组件色散后射到所述成像模组上，并被聚焦到所述成像面；所述成像模组和所述准直模组形成对称结构，所述色散组件由两个棱镜和一个光栅组成，两个所述棱镜呈轴对称间隙布置于所述光栅两侧。
[0008]其进一步特征在于：
[0009]所述准直模组包括沿光线传播方向依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第
四透镜；所述第一透镜、第四透镜均为平凸透镜，且均朝向所述光谱仪像方设置；第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为弯月透镜，朝向所述光谱仪像方设置；
[0010]所述准直模组中4个透镜沿光的传播方向依次排列的8个镜面的面型及曲率半径、间隔为：平面，3～4，凸球面16～17，13～14；凹球面8～9，3～4，凹球面55～58，2.5～3；凹球面20～24，3～4，凸球面14～15，0.1～0.2；平面，3～4，凸球面15～16，5～6；所列数据单位为mm；
[0011]所述成像模组用于将色散后的光线聚焦，并消除光线色差，所述成像模组包括沿光线传播方向依次布置的第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜、第四成像透镜；所述第一成像透镜、第四成像透镜均为平凸透镜，且均朝向所述光谱仪物方设置；所述第二成像透镜为弯月透镜，朝向所述光谱仪物方设置；第三成像透镜为双凹透镜；
[0012]所述成像模组中4个成像透镜沿光的传播方向依次排列的8个镜面的面型及曲率半径、间隔为：凸球面15～16，3～4，平面，0.1～0.2；凸球面14～15，3～4，凹球面20～24，2.5～3；凹球面55～58，3～4，凹球面8～9，13～14；凸球面16～17，3～4，平面，10～13；所列数据单位为mm；
[0013]两个所述棱镜形状相同，且均采用K9玻璃，中心厚度为3mm～4mm、通光口径为14mm～16mm，所述棱镜顶角为10
°
～15
°
，所述棱镜的上边缘厚度为1mm～2mm、下边缘厚度为4mm～5mm；
[0014]两个所述棱镜与所述光栅之间的间隙间隔均为0.2mm～0.4mm；
[0015]所述光栅采用的由基底和两块保护玻璃作为保护层的透射光栅或是入射表面刻划有若干等距、等宽光栅刻线的透射光栅，其中，光栅刻线为299.8lp/mm；
[0016]所述入射狭缝为矩形孔，孔的尺寸为：0.03mm
×
7.6mm；所述入射狭缝的长度方向与光栅刻线方向相平行；所述入射狭缝为金属狭缝，由线切割或激光切割加工而成；
[0017]所述成像面与光轴之间呈5
°
～10
°
倾斜设置；在所述成像面上放置面阵CCD或CMOS光电转换器件。
[0018]本专利技术的有益效果是，准直模组、色散组件、成像模组、成像面依次共轴设置，成像模组和准直模组形成对称结构，成像质量好，采用两个棱镜轴对称间隙布置于光栅两侧的组合形式作为分光元件，减少了透射面残余反射杂散光以及多次衍射的影响，分光性能更好，且所采用的光学组件价格便宜，可以根据应用场合的需要进行更换，通用性强，适用于应用场景多变、光谱信息差异很大的场合，则可实现一种高性能、低成本和应用广泛的成像光谱仪，本专利技术为同轴分光系统，结构紧凑、装调方便、稳定性强。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的光路结构示意图；
[0020]图2是本专利技术的成像点列图；
[0021]图3是本专利技术实施例一中色散组件的结构示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例二中色散组件的结构示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种成像光谱仪分光系统，包括入射狭缝，其特征在于：还包括沿所述入射狭缝的出射光路方向依次共轴设置的准直模组、色散组件、成像模组、成像面；从所述入射狭缝出射的光线经所述准直模组准直为复色平行光后入射到所述色散组件，经所述色散组件色散后射到所述成像模组上，并被聚焦到所述成像面；所述成像模组和所述准直模组形成对称结构，所述色散组件由两个棱镜和一个光栅组成，两个所述棱镜呈轴对称间隙布置于所述光栅两侧。2.根据权利要求1所述的一种成像光谱仪分光系统，其特征在于：所述准直模组包括沿光线传播方向依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜、第四透镜均为平凸透镜，且均朝向所述光谱仪像方设置；第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为弯月透镜，朝向所述光谱仪像方设置。3.根据权利要求2所述的一种成像光谱仪分光系统，其特征在于：所述准直模组中4个透镜沿光的传播方向依次排列的8个镜面的面型及曲率半径、间隔为：平面，3～4，凸球面16～17，13～14；凹球面8～9，3～4，凹球面55～58，2.5～3；凹球面20～24，3～4，凸球面14～15，0.1～0.2；平面，3～4，凸球面15～16，5～6；所列数据单位为mm。4.根据权利要求1所述的一种成像光谱仪分光系统，其特征在于：所述成像模组用于将色散后的光线聚焦，并消除光线色差，所述成像模组包括沿光线传播方向依次布置的第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜、第四成像透镜；所述第一成像透镜、第四成像透镜均为平凸透镜，且均朝向所述光谱仪物方设置；所述第二成像透镜为弯月透镜，朝向所述光谱仪物方设置；第三成像透镜为双凹透镜。5.根据权利要求4所述的一种成像光谱仪分光系...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，尹志生，
申请(专利权)人：苏州同人激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：