一种光谱仪制造技术

一种光谱仪，包括镜筒、设置在镜筒中的光谱仪光路，光谱仪光路包括依次设置的第一透镜组、色散组件以及第二透镜组，其中，第一透镜组用于反射光的平行，色散组件用于反射光的色散，第二透镜组用于色散后的反射光聚焦，并消除反射光色差；且经由第一透镜组焦距f1和第二透镜组焦距f2配合进行光谱仪像方与光谱仪物方的缩放倍率控制；镜筒包括用于固定第一透镜组、色散组件的第一镜框以及用于固定第二透镜组的第二镜框，第一镜框与第二镜框可拆卸连接，色散组件设置在第一镜框与第二镜框相连接面的端口处，可有效保证了探测器上各个通道的光亮度一致性，且整体易于装配和调整。且整体易于装配和调整。且整体易于装配和调整。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱仪


[0001]本技术属于光学领域，尤其涉及一种光谱仪。

技术介绍

[0002]随着精密和超精密制造业的迅速发展，对高精密的检测需求也越来越高，因此高精密的位移传感器也应运而生。超精密的位移传感器精度可达到微米级别；传统的接触式测量虽然也有较高的精度，但是由于其可能会划伤被测物体表面，而且当被测物体为弱刚性或是轻软材料时，接触式测量也会造成弹性形变，引入测量的误差，此外，接触式测量速度较慢，难以实现自动化测量，基于接触式测量存在的诸多不足，因此非接触式位移传感器受到了更大的关注。
[0003]光谱共焦传感器是一种通过光学色散原理建立距离与波长间的对应关系，利用光谱仪解码光谱信息，从而获得位置信息的装置，如图1所示，光源发出的光通过光纤耦合器后可以近似看作点光源，经过准直和色散物镜聚焦后发生光谱色散，在像面上形成沿着光轴方向不同波长连续分布的单色光焦点，且每个波长的单色光焦点到被测物体的距离都不同。当被测物处于测量范围内某一位置时，只有特定波长的光在被测面上是聚焦状态，该波长的光由于满足共焦条件，可以从被测物表面反射回光纤耦合器并进入光谱仪，而其他波长的光在被测物面表面处于离焦状态，反射回的光在光源处的分布远大于光纤纤芯直径，所以大部分其余波长的光线无法进入光谱仪。通过光谱仪解码得到回波光强最大处的波长值，从而测得被测物对应的距离值。由于采用了共焦技术，因此该方法具有良好的层析特性，提高了分辨力，并且对被测物特性和环境杂光不敏感。
[0004]光谱共焦传感器中，光谱仪是其核心器件，但是，目前光谱仪存在以下设计难点：
[0005](1)非中心位置的光通道的一致性问题，即多个光通道的光斑尺寸、亮度等属性的一致性的问题。光通道的光斑包括色散物镜投射至被测物上的测量光斑、被测物上反射光投射至光纤中的光斑以及光谱仪投射至相机上的光斑，若各光通道的光斑不一致，则各光通道获取的检测数据无法统一，整个线光谱共焦传感器系统的测量可靠性得不到保证。
[0006]对点光谱共焦系统来说，只设置一根光纤，形成一个光通道，光通道(光纤)的位置在光轴位置处，故只需要校正轴上像差，没有一致性的要求。但对于线光谱共焦系统而言，其包括百个以上的光通道，各光通道需要在一定范围内都产生色散，由于光通道数量众多，位于非光轴处的光通道距离光轴距离较远，在进行色散及解码时，除需要校正轴上像差外，还需要对慧差、场曲、像散、畸变等轴外像差进行校正，以确保各个光通道亮度、光斑尺寸等尽量保持一致，故如何设计光路，尤其光谱仪的光路，以保证数百个光通道的亮度均匀性和精度一致性需要重点关注。
[0007](2)干扰与稳定性，实际光谱仪与理想光谱仪的重要区别之一是其内部存在杂散光等干扰。杂散光会影响信号的准确性，并对测量弱信号带来麻烦。特殊设计的低杂散光光路能够降低光路中的杂散光。

技术实现思路

[0008]本技术的目的是提供一种光谱仪，以解决现有技术存在的问题。
[0009]本技术提供了一种光谱仪，包括镜筒设置在所述镜筒中的光谱仪光路，所述光谱仪光路用于处理经过光谱仪光纤调制后的被测物体表面反射的反射光，其特征在于，所述光谱仪光路包括依次设置的第一透镜组、色散组件以及第二透镜组，其中，所述第一透镜组用于所述反射光的平行，所述色散组件用于所述反射光的色散，所述第二透镜组用于色散后的所述反射光聚焦，并消除所述反射光色差；且经由所述第一透镜组焦距f1和所述第二透镜组焦距f2配合进行所述光谱仪像方与所述光谱仪物方的缩放倍率控制，所述光谱仪像方为所述光谱仪光纤出光端的光纤阵列，所述光谱仪像方为相机上采集的光谱图像，所述镜筒包括用于固定所述第一透镜组、所述色散组件的第一镜框以及用于固定所述第二透镜组的第二镜框，所述第一镜框与所述第二镜框可拆卸连接，所述色散组件设置在所述第一镜框与所述第二镜框相连接面的端口处。
[0010]优选的，所述第一镜框与所述第二镜框相对倾斜设置，所述第一镜框与所述第二镜框相对倾斜角度取值范围为20度到50度。
[0011]优选的，所述第一镜框内壁、所述第二镜框内壁均设有涂黑层。
[0012]优选的，所述光谱仪像方与光谱仪物方的缩放倍率取值范围为0.1至0.8。
[0013]优选的，所述光谱仪光纤的光纤阵列长度为25mm
‑
85mm。
[0014]优选的，所述第一透镜组包括同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；其中所述第一透镜用于平衡反射光的畸变和场曲，压缩反射光的光束直径；所述第二透镜用于平衡反射光的场曲和畸变，并进一步压缩反射光的光束直径；所述第三透镜和所述第二透镜形成对称结构，用于平衡畸变、像散和场曲，以形成大视场；第四透镜和所述第一透镜形成对称结构，用于补偿剩余的慧差和像散，以形成大视场；
[0015]和/或，所述第二透镜组用于色散后的反射光会聚，其包括同轴设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第五透镜用于平衡所述反射光中的慧差、像散和球差，消除畸变；所述第六透镜用于补偿所述反射光的球差、慧差，控制像散，并压缩所述反射光的光束发散角；所述第七透镜用于进一步压缩所述反射光的光束发散角，并消除像散和畸变；所述第八透镜用于控制所述反射光的球差、慧差，并进一步压缩所述反射光的光束发散角；第九透镜和第十透镜用于消除所述反射光色差。
[0016]进一步的，所述第一透镜组中，所述第一透镜为正中焦距透镜，焦距取值范围为80mm至 120mm；所述第二透镜为负中焦距透镜，焦距取值范围为
‑
130mm至
‑
80mm；所述第三透镜为负长焦距透镜，焦距取值范围为
‑
400mm至
‑
300mm；所述第四透镜为正中焦距透镜，焦距取值范围为110mm至150mm；
[0017]和/或，所述第二透镜组中，所述第五透镜为负短焦距透镜，焦距取值范围为
‑
60mm至
ꢀ‑
30mm；所述第六透镜为正中焦距透镜，焦距取值范围为80mm至120mm；所述第七透镜为正中焦距透镜，焦距取值范围为50mm至100mm；所述第八透镜为正短焦距透镜，焦距取值范围为 30mm至60mm；所述第九透镜和所述第十透镜为组成胶合镜，其中，所述第九透镜为负短焦距透镜，焦距取值范围为
‑
40mm至
‑
10mm；所述第十透镜为正短焦距透镜，焦距取值范围为15mm 至50mm。
[0018]更进一步的，所述第一透镜组中，所述第一透镜为平凸透镜；所述第二透镜为弯月
透镜，朝向光谱仪像方设置；所述第三透镜为弯月透镜，朝向光谱仪物方设置；所述第四透镜为弯月透镜，朝向光谱仪像方设置。
[0019]和/或，所述第五透镜为双凹透镜；所述第六透镜为平凸透镜；所述第七透镜为双凸透镜；所述第八透镜为双凸透镜；所述胶合镜的焦距取值范围为
‑
100mm至
‑
50mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪，其特征在于，包括镜筒、设置在所述镜筒中的光谱仪光路，所述光谱仪光路用于处理经过光谱仪光纤调制后的被测物体表面反射的反射光，所述光谱仪光路包括依次设置的第一透镜组、色散组件以及第二透镜组，其中，所述第一透镜组用于所述反射光的平行，所述色散组件用于所述反射光的色散，所述第二透镜组用于色散后的所述反射光聚焦，并消除所述反射光色差；且经由所述第一透镜组焦距f1和所述第二透镜组焦距f2配合进行所述光谱仪像方与所述光谱仪物方的缩放倍率控制，所述光谱仪像方为所述光谱仪光纤出光端的光纤阵列，所述光谱仪像方为相机上采集的光谱图像，所述镜筒包括用于固定所述第一透镜组、所述色散组件的第一镜框以及用于固定所述第二透镜组的第二镜框，所述第一镜框与所述第二镜框可拆卸连接，所述色散组件设置在所述第一镜框与所述第二镜框相连接面的端口处。2.根据权利要求1所述的一种光谱仪，其特征在于：所述第一镜框与所述第二镜框相对倾斜设置，所述第一镜框与所述第二镜框相对倾斜角度取值范围为20度到50度。3.根据权利要求1所述的一种光谱仪，其特征在于：所述第一镜框内壁、所述第二镜框的内壁均设有涂黑层。4.根据权利要求1所述的一种光谱仪，其特征在于：所述光谱仪像方与光谱仪物方的缩放倍率取值范围为0.1至0.8。5.根据权利要求1所述的一种光谱仪，其特征在于：所述光谱仪光纤的光纤阵列长度为25mm
‑
85mm。6.根据权利要求1所述的一种光谱仪，其特征在于：所述第一透镜组包括同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；其中所述第一透镜用于平衡反射光的畸变和场曲，压缩反射光的光束直径；所述第二透镜用于平衡反射光的场曲和畸变，并进一步压缩反射光的光束直径；所述第三透镜和所述第二透镜形成对称结构，用于平衡畸变、像散和场曲，以形成大视场；第四透镜和所述第一透镜形成对称结构，用于补偿剩余的慧差和像散，以形成大视场；和/或，所述第二透镜组用于色散后的反射光会聚，其包括同轴设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第五透镜用于平衡所述反射光中的慧差、像散和球差，消除畸变；所述第六透镜用于补偿所述反射光的球差、慧差，控制像散，并压缩所述反射光的光束发散角；所述第七透镜用于进一步压缩所述反射光的光束发散角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一哲，胡浩，
申请(专利权)人：熵智科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：