光谱探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例提供了一种光谱探测装置，包括：激光源；聚焦透镜，布置用于将光束会聚至待测样品上；光束收集装置，布置用于收集待测样品被光束激发的光束信号以形成收集光束并将其进行会聚以形成长条形光斑；狭缝，布置用于接收经过光束收集装置会聚的收集光束并将收集光束向光路的下游耦合；准直装置；色散装置，布置用于对经过准直装置准直的收集光束进行分色以形成具有不同波长的多个子光束；成像装置和阵列式光子探测器，成像装置布置用于将子光束分别成像在阵列式光子探测器上，其中，由激光源发出的光束具有矩形的横截面，聚焦透镜是柱面透镜，长条形光斑照射到狭缝上且长度小于狭缝的长度以使长条形光斑在长度方向上能够完全落入狭缝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱探测领域，尤其涉及一种光谱探测装置。
技术介绍
光谱探测技术在物质的鉴定和分析中应用十分广泛。光谱探测装置可以通过采集从待测样品获得的光信号来生成待测样品的光谱图，例如可以通过将实际探测到的光谱图与已有的光谱库中的已知物质的光谱图进行对比来确定待测样品的成分。光谱仪是一种常用的光谱探测设备，其可以利用色散元件将不同波长混合在一起的光信号分解并排列到探测器上，最终得到代表着不同波长处的信号强度分布的光谱图线。光谱仪的分辨率表征了仪器对两个相邻波长信号间的分辨能力，决定了最终光谱图携带特征信息的精细程度。在光谱探测和分析中，光谱仪的分辨率参数对于精确地鉴别物质、确定其化学组成和相对含量有着重要的意义。为了获得高的分辨率，往往希望采用比较狭窄的狭缝。而这又可能导致光的强度被狭缝显著地削弱而影响光学效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光谱探测装置，其通过采用与狭缝匹配的照射光斑，能够提高光学效率和光谱检测的信噪比。本专利技术的实施例提供了一种光谱探测装置，包括：激光源，布置用于发射光束；聚焦透镜，布置用于将所述光束会聚至待测样品上；光束收集装置，布置用于收集待测样品被所述光束激发的光束信号以形成收集光束并将该收集光束进行会聚以形成长条形光斑；狭缝，布置用于接收经过光束收集装置会聚的收集光束并将所述收集光束向光路的下游耦合；准直装置，布置用于对来自狭缝的收集光束进行准直；色散装置，布置用于对经过准直装置准直的收集光束进行分色，以形成具有不同波长的多个子光束；成像装置和阵列式光子探测器，所述成像装置布置用于将所述多个子光束分别成像在所述阵列式光子探测器上，所述阵列式光子探测器用于将成像到其上的多个子光束的光信号转换成电信号，所述电信号用于形成光谱图，其中，由激光源发出的光束具有矩形的横截面，所述聚焦透镜是柱面透镜，所述长条形光斑照射到狭缝上，且所述长条形光斑的长度小于狭缝的长度以使长条形光斑在长度方向上能够完全落入狭缝。在一实施例中，所述长条形光斑在宽度方向上完全覆盖所述狭缝。在一实施例中，所述色散装置布置成将所述多个子光束在第一方向上分离开，所述阵列式光子探测器具有多列探测单元，其中每列探测单元沿着与第一方向垂直的第二方向布置。在一实施例中，每列探测单元在第二方向上的长度大于或等于狭缝经由成像装置在所述阵列式光子探测器的表面上所成的像的沿着第二方向的高度。在一实施例中，所述长条形光斑沿着第二方向的高度和狭缝沿着第二方向的高度与每列探测单元在第二方向上的长度一致。在一实施例中，光谱图中的每条谱线由一列探测单元中的所有探测单元所获得的电信号的叠加输出而生成。在一实施例中，所述光束收集装置包括：第一透镜，布置用于接收来自所述待测样品的光束；第二透镜，布置用于将该收集光束会聚至所述狭缝上；以及滤光片，位于所述第一透镜和第二透镜之间，布置用于使收集光束中选定波长范围的光通过而滤除其它波长范围的光。在一实施例中，所述聚焦透镜的焦点与所述第一透镜的焦点重合。在一实施例中，所述阵列式光子探测器由二维电荷耦合器件阵列形成。在一实施例中，所述准直装置包括准直透镜或凹面反射镜，所述色散装置包括分色光栅，所述成像装置包括会聚透镜或凹面反射镜。如本专利技术的上述至少一个实施例中所述的光谱探测装置，通过矩形截面的光束和柱面透镜的组合来在待测样品上形成狭长光斑。并通过会聚在待测样品上的狭长光斑、位于狭缝处的长条形光斑、狭缝以及阵列式光子探测器的尺寸的匹配来提高光学信号的信噪比。附图说明图1示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光谱探测装置；图2示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光谱探测装置的狭缝与照射在其上的光斑；图3示意性地示出经过狭缝的光束经过色散装置之后成像在阵列式光子探测器上的图案的示例；图4示意性地示出光谱图中的谱线；图5示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光谱探测装置的沿着y方向的局部视图；以及图6示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光谱探测装置中的聚焦透镜和光束收集装置的示例性布置。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。根据本专利技术的总体构思，提供一种光谱探测装置，包括：激光源，布置用于发射光束；聚焦透镜，布置用于将所述光束会聚至待测样品上；光束收集装置，布置用于收集待测样品被所述光束激发的光束信号以形成收集光束并将该收集光束进行会聚以形成长条形光斑；狭缝，布置用于接收经过光束收集装置会聚的收集光束并将所述收集光束向光路的下游耦合；准直装置，布置用于对来自狭缝的收集光束进行准直；色散装置，布置用于对经过准直装置准直的收集光束进行分色，以形成具有不同波长的多个子光束；成像装置和阵列式光子探测器，所述成像装置布置用于将所述多个子光束分别成像在所述阵列式光子探测器上，所述阵列式光子探测器用于将成像到其上的多个子光束的光信号转换成电信号，所述电信号用于形成光谱图，其中，由激光源发出的光束具有矩形的横截面，所述聚焦透镜是柱面透镜，所述长条形光斑照射到狭缝上，且所述长条形光斑的长度小于狭缝的长度以使长条形光斑在长度方向上能够完全落入狭缝。另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。图1示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光谱探测装置100。该光谱探测装置100可以包括：激光源10，布置用于发射光束20，所述光束20具有矩形的横截面；聚焦透镜30，布置用于将所述光束20会聚至待测样品40上；光束收集装置50，布置用于收集待测样品40被该光束20激发的光束信号以形成收集光束21并将该收集光束21进行会聚以形成长条形光斑25；狭缝60，布置用于接收经过光束收集装置50会聚的收集光束21并将所述收集光束21向光路的下游耦合(如将收集光束21传导向位于光路下游的准直装置70、色散装置71等)；准直装置70，布置用于对来自狭缝60的收集光束21进行准直；色散装置71，布置用于对经过准直装置70准直的收集光束21进行分色，以形成具有不同的波长的多个子光束81、82；成像装置80和阵列式光子探测器90，所述成像装置80布置用于将所述多个子光束81、82分别成像在所述阵列式光子探测器90上，所述阵列式光子探测器90用于将成像到其上的多个子光束81的光信号转换成电信号，所述电信号用于形成光谱图，其中，所述长条形光斑25照射到狭缝60上，且所述长条形光斑25的长度小于狭缝60的长度以使长条形光斑25在长度方向(图2中示出的y方向)上能够完全落入狭缝60。所述聚焦透镜30是柱面透镜。图1中示出的xyz表示直角坐标系的各个轴线。图2中示出了长条形光斑25和狭缝60的示例。狭缝60是决定最终得到的光谱图的分辨率的重要部件。狭缝60的宽度越小，所得到的光谱图的分辨率就越高。因此，狭缝60通常可以设置成狭长形状以获得比较小的宽度。狭缝60处的通光量也是重要的指标，如果狭缝60处的通光量低，则可能导致在阵列式光子探测器90上获得的光学信号强度低，而导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱探测装置，包括：激光源，布置用于发射光束；聚焦透镜，布置用于将所述光束会聚至待测样品上；光束收集装置，布置用于收集待测样品被所述光束激发的光束信号以形成收集光束并将该收集光束进行会聚以形成长条形光斑；狭缝，布置用于接收经过光束收集装置会聚的收集光束并将所述收集光束向光路的下游耦合；准直装置，布置用于对来自狭缝的收集光束进行准直；色散装置，布置用于对经过准直装置准直的收集光束进行分色，以形成具有不同波长的多个子光束；成像装置和阵列式光子探测器，所述成像装置布置用于将所述多个子光束分别成像在所述阵列式光子探测器上，所述阵列式光子探测器用于将成像到其上的多个子光束的光信号转换成电信号，所述电信号用于形成光谱图，其中，由激光源发出的光束具有矩形的横截面，所述聚焦透镜是柱面透镜，所述长条形光斑照射到狭缝上，且所述长条形光斑的长度小于狭缝的长度以使长条形光斑在长度方向上能够完全落入狭缝。

【技术特征摘要】
1.一种光谱探测装置，包括：激光源，布置用于发射光束；聚焦透镜，布置用于将所述光束会聚至待测样品上；光束收集装置，布置用于收集待测样品被所述光束激发的光束信号以形成收集光束并将该收集光束进行会聚以形成长条形光斑；狭缝，布置用于接收经过光束收集装置会聚的收集光束并将所述收集光束向光路的下游耦合；准直装置，布置用于对来自狭缝的收集光束进行准直；色散装置，布置用于对经过准直装置准直的收集光束进行分色，以形成具有不同波长的多个子光束；成像装置和阵列式光子探测器，所述成像装置布置用于将所述多个子光束分别成像在所述阵列式光子探测器上，所述阵列式光子探测器用于将成像到其上的多个子光束的光信号转换成电信号，所述电信号用于形成光谱图，其中，由激光源发出的光束具有矩形的横截面，所述聚焦透镜是柱面透镜，所述长条形光斑照射到狭缝上，且所述长条形光斑的长度小于狭缝的长度以使长条形光斑在长度方向上能够完全落入狭缝。2.根据权利要求1所述的光谱探测装置，其中，所述长条形光斑在宽度方向上完全覆盖所述狭缝。3.根据权利要求1所述的光谱探测装置，其中，所述色散装置布置成将所述多个子光束在第一方向上分离开，所述阵列式光子探测器具有多列探测单元，其中每列探测单元沿着与第一方向垂直的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海辉，王红球，易裕民，张建红，王安凯，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11