一种光谱仪的分光结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅、入射狭缝和传感器，凹面光栅和入射狭缝均设置在凹面光栅的罗兰圆的圆周上，还包括第一光学反射镜、第二光学反射镜和第三光学反射镜，第一光学反射镜、第二光学反射镜、传感器和第三光学反射镜均设置在罗兰圆内侧；经入射狭缝入射的光线通过第一光学反射镜反射后达到凹面光栅，同时入射狭缝经第一光学反射镜镜面成像于罗兰圆的圆周上，形成虚拟入射狭缝；通过凹面光栅分光后的光线通过第二光学反射镜和第三光学反射镜两次反射后达到传感器，同时传感器经第三光学反射镜镜面成像，再经第二光学反射镜镜面成像于罗兰圆的圆周上，形成虚拟传感器。本实用新型专利技术可以在保持高分辨率下缩减光谱仪体积。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学设备领域，具体涉及一种光谱仪的分光结构。
技术介绍
光谱仪作为现代仪器的重要分支，在科学仪器和工业仪器领域占有重要的地位。在光谱仪中，分光系统是核心部分。将入射狭缝、准直器件、分光器件、成像器件和探测器按照一定的光学结构安装在一起，组成分光系统。大型光谱仪器常用的分光系统有帕邢-龙格结构和切尔尼-特纳结构。帕邢-龙格结构常用于固定式光学系统，切尔尼-特纳结构常用于扫描式光学系统。在帕邢-龙格固定式光学结构中，为了同时能够获得全部波长范围内的谱线数据，需要在成像谱面(即罗兰圆)放置多块传感器以铺满整个成像谱面。在切尔尼-特纳扫描式光学结构中，成像谱面上只需安装一个传感器即可。依靠转动光栅来进行扫描动作，依次将要测量的谱线移动到传感器上，仪器成本较低。但这种结构除了狭缝和光栅外，还需要额外的准直器件和成像器件，光路系统相对复杂，增加了光学衰减，使得仪器体积庞大，限制了切尔尼-特纳扫描式光学结构的精密光谱仪的使用场合。不管以上哪种结构，作为光谱仪核心指标之一的光学分辨率，展示了光谱仪对光谱的分解能力，光学分辨率越高则分解能力越强，性能也越好。但是光学分辨率越高，也就意味着光学系统的焦距会越大，系统体积也越大。这就造成光学分辨率和系统体积的矛盾。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种光谱仪的分光结构，可以在保持高分辨率下缩减光谱仪体积。为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案：本技术一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅、入射狭缝和传感器，凹面光栅和入射狭缝均设置在凹面光栅的罗兰圆的圆周上，还包括第一光学反射镜、第二光学反射镜和第三光学反射镜，第一光学反射镜、第二光学反射镜、传感器和第三光学反射镜均设置在罗兰圆内侧；经入射狭缝入射的光线通过第一光学反射镜反射后达到凹面光栅，同时入射狭缝经第一光学反射镜镜面成像于罗兰圆的圆周上，形成虚拟入射狭缝；通过凹面光栅分光后的光线通过第二光学反射镜和第三光学反射镜两次反射后达到传感器，同时传感器经第三光学反射镜镜面成像，再经第二光学反射镜镜面成像于罗兰圆的圆周上，形成虚拟传感器。进一步地，第一光学反射镜位于凹面光栅和虚拟入射狭缝之间，虚拟入射狭缝位于通过第一光学反射镜反射后的光线的延长线与罗兰圆圆周的交点上，入射狭缝和虚拟入射狭缝相对第一光学反射镜镜面对称。进一步地，第二光学反射镜位于凹面光栅和虚拟传感器之间，虚拟传感器位于通过凹面光栅分光后的光线的延长线与罗兰圆圆周的交点上。进一步地，传感器为单通道传感器。进一步地，传感器为光电倍增管。进一步地，传感器为阵列式传感器。进一步地，传感器为CCD图像传感器或CMOS传感器。进一步地，分光结构基于帕邢-龙格结构。进一步地，第二光学反射镜和第三光学反射镜不仅限于两个。本技术的有益效果：该分光结构基于帕邢-龙格结构，在该结构基础上通过增加反射镜对光路进行折叠，使入射狭缝，凹面光栅和传感器的位置不再像常规类型那样严格布置在凹面光栅的罗兰圆的圆周上，由此实现了在保持光学高分辨率的同时，大大缩小了光谱仪的物理体积，具有很高的实用价值。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1为本技术的结构示意图。图中1、凹面光栅；2、罗兰圆；3、虚拟入射狭缝；4、虚拟传感器；5、入射狭缝；6、第一反射镜；7、第二反射镜；8、传感器；9、第三反射镜。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。如图1所示，一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅1、入射狭缝5、第一光学反射镜6、第二光学反射镜7、传感器8和第三光学反射镜9，凹面光栅1和入射狭缝5均设置在凹面光栅1的罗兰圆2的圆周上，第一光学反射镜6、第二光学反射镜7、传感器8和第三光学反射镜9均设置在罗兰圆2内侧；经入射狭缝5入射的光线通过第一光学反射镜6反射后达到凹面光栅1，同时入射狭缝5经第一光学反射镜6镜面成像于罗兰圆2的圆周上，形成虚拟入射狭缝3，从光学路径来说，等效于光线从虚拟入射狭缝3进入；通过凹面光栅1分光后的光线通过第二光学反射镜7和第三光学反射镜9两次反射后达到传感器8，同时传感器8经第三光学反射镜9镜面成像，再经第二光学反射镜7镜面成像于罗兰圆2的圆周上，形成虚拟传感器4，从光学路径来说，等效于到达虚拟传感器4。本技术是在帕邢-龙格光学结构的基础上改进而来。所选用的凹面光栅1作为分光器件，具有自成像的特性，与传统平面光栅相比可以省却准直系统和成像系统，是最简单最高效的分光系统。所选用的罗兰圆2是以凹面光栅1的曲率半径为直径圆形结构。当虚拟入射狭缝3、虚拟传感器4、凹面光栅1处于以凹面光栅1曲率半径为直径的圆形结构上时，凹面光栅1能将光谱线成像在罗兰圆2上。本技术的工作原理：待分析的光线经过入射狭缝5入射，通过第一反射镜6反射后达到凹面光栅1，再通过凹面光栅1分光后通过第二光学反射镜7和第三光学反射镜9两次反射后达到传感器8；此时，入射狭缝5经第一光学反射镜6镜面成像于罗兰圆2的圆周上，形成虚拟入射狭缝3，传感器8经第三光学反射镜9和第二光学反射镜7镜面成像于罗兰圆2的圆周上，形成虚拟传感器4；因此该分光结构通过增加第一光学反射镜6、第二光学反射镜7、第三光学反射镜9对入射光线和分光后的光线进行反射折叠，使入射狭缝5，凹面光栅1和传感器8的位置不再像常规类型那样严格布置在凹面光栅1的罗兰圆2的圆周上，但同时所成像(虚拟入射狭缝3和虚拟传感器4)的位置又在罗兰圆2的圆周上，以此在保持有效光程的基础上，缩减光学系统的空间需求，由此实现了在保持光学高分辨率的同时，大大缩小了光谱仪的物理体积，具有很高的实用价值。在传感器8的选择上，传感器8也可以是单通道传感器，如光电倍增管，也可以是阵列式传感器中的CMOS传感器。以上述依据本技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅(1)、入射狭缝(5)和传感器(8)，所述凹面光栅(1)和入射狭缝(5)均设置在凹面光栅(1)的罗兰圆(2)的圆周上，其特征在于：还包括第一光学反射镜(6)、第二光学反射镜(7)和第三光学反射镜(9)，第一光学反射镜(6)、第二光学反射镜(7)、传感器(8)和第三光学反射镜(9)均设置在罗兰圆(2)内侧；经入射狭缝(5)入射的光线通过第一光学反射镜(6)反射后达到凹面光栅(1)，同时入射狭缝(5)经第一光学反射镜(6)镜面成像于罗兰圆(2)的圆周上，形成虚拟入射狭缝(3)；通过凹面光栅(1)分光后的光线通过第二光学反射镜(7)和第三光学反射镜(9)两次反射后达到传感器(8)，同时传感器(8)经第三光学反射镜(9)镜面成像，再经第二光学反射镜(7)镜面成像于罗兰圆(2)的圆周上，形成虚拟传感器(4)。

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪的分光结构，包括凹面光栅(1)、入射狭缝(5)和传感器(8)，所述凹面光栅(1)和入射狭缝(5)均设置在凹面光栅(1)的罗兰圆(2)的圆周上，其特征在于：还包括第一光学反射镜(6)、第二光学反射镜(7)和第三光学反射镜(9)，第一光学反射镜(6)、第二光学反射镜(7)、传感器(8)和第三光学反射镜(9)均设置在罗兰圆(2)内侧；经入射狭缝(5)入射的光线通过第一光学反射镜(6)反射后达到凹面光栅(1)，同时入射狭缝(5)经第一光学反射镜(6)镜面成像于罗兰圆(2)的圆周上，形成虚拟入射狭缝(3)；通过凹面光栅(1)分光后的光线通过第二光学反射镜(7)和第三光学反射镜(9)两次反射后达到传感器(8)，同时传感器(8)经第三光学反射镜(9)镜面成像，再经第二光学反射镜(7)镜面成像于罗兰圆(2)的圆周上，形成虚拟传感器(4)。2.根据权利要求1所述的光谱仪的分光结构，其特征在于：所述第一光学反射镜(6)位于凹面光栅(1)和虚拟入射狭缝(3)之间，虚拟入射狭缝(3)位于通过第一光学反...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖波，马建州，袁海军，顾德安，
申请(专利权)人：无锡创想分析仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32