[發明專利]一體化傅立葉光譜儀

無效

• 申請號: 200810053352.8
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101303255A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 林凌;李剛;張鳳美;許榮杰;何娟;趙凱;邢賀新
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01N21/25
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明涉及科學儀器，尤其是一種光譜儀器。

背景技術

光譜儀是一種重要而常用的科學儀器，用于對光源和物質進行精密的分析。為了提高儀器的分析靈敏度、精度和速度等性能，不斷有人采用新的技術和器件改進光譜儀。

如王柯敏等設計的發明專利(CCD光柵集成全波長光譜儀，專利號CN01114410.6)，溫志渝等設計的發明專利(集成化微型光譜儀，專利號CN02119512.9)，袁洪福等設計的發明專利(在線近紅外光譜儀，申請號CN02125852.X)，劉木清設計的發明專利(手持式光譜儀，申請號CN01254633.X)，劉木清等設計的發明專利(一種0.7-1.7微米波段的近紅外光譜儀，申請號CN03270366.X)。在上述設計均為光柵光譜儀，采用光柵和CCD(電荷耦合器件)作為來提高光譜儀的性能。CCD具有快速的優點，但相對于光電倍增管等其他光電器件，CCD的靈敏度要低很多，在分析某些物質成分時仍顯不足。反之，傅立葉光譜儀具有高靈敏度的特點，但需要精密的運動部件，結構復雜，測量速度緩慢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，實現一種既具高速度，又具高靈敏度，還不需運動部件，不需要調整的新型光譜儀。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一體化傅立葉光譜儀，包括一個分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一和第二兩個相鄰平面，分束面平分該兩個平面之間所形成的近似直角而非直角的夾角，該夾角與直角之差小于1°，被測平行光到達所述分束棱鏡之后，分成兩部分，一部分透過分束面后到達第二平面(B)，由該平面反射后再由分束面反射達到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后到達第一平面(A)，經該平面反射后透過分束面達到陣列式光敏器件。

上述傅立葉光譜儀，其中的陣列式光敏器件可以為面陣CCD、面陣CMOS圖像傳感器或為微通道陣列光電倍增管PMT。當兩個反射平面的夾角為銳角時，述陣列式光敏器件還可以采用線陣CCD。

本發明改進麥克耳遜干涉儀的設計，以一個近似直角分束棱鏡的部件，替代在麥克耳遜干涉儀中的分束鏡和兩面反射鏡，在分束棱鏡的兩個相鄰的透射面鍍上反射膜，并將其中之一或兩面有意制成一定的傾斜度。該分束棱鏡以分束面為對稱面呈對稱結構。

本發明以陣列式光敏器件，如CCD或CMOS圖像傳感器作為光電信號檢測器件，作為接收器件，使得光敏器件的每個(列)象素接收到從兩個反射面反射回來的光束的光程差都不同，陣列式光電器件在接收到不同光程差的干涉信號后，通過傅立葉變換，可以實現光譜測量。此種設計，使得光譜儀的結構大大簡化，由于分束棱鏡采用以分束面為對稱面的對稱結構，從而易于實現分束棱鏡規格化生產。本發明的光譜儀，不需運動部件，不需要調整，即可實現高速度高靈敏度光譜分析。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的光路原理圖。

圖2為本發明實施例2的光路原理圖。

附圖標記：

1為分束棱鏡????2為陣列式光敏器件

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細說明。

本發明傅立葉光譜儀的實施例一：

如圖1所示，本發明實施例一采用分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一A和第二B兩個互成夾角的鍍有反射膜的平面，此夾角為近似直角的銳角，大于89°且小于90°，例如取90.5°，且分束面平分該夾角。

參見圖1，被測平行光通過分束棱鏡1分成兩部分，一部分透過分束面到達分束棱鏡的平面B，平面B鍍有反射膜構成反射鏡，由平面B反射后再由分束面反射達到陣列式光敏器件2；另一部分光由分束面反射到達分束棱鏡的平面A，平面A也鍍有反射膜構成反射鏡，但平面A、B與光束并非如直角分束棱鏡與光軸垂直，而是有一定的傾斜角度，傾斜方向如圖所示，因而這部分光在平面A反射后與平面B反射的光束具有不同的光程差，透過分束面后到達陣列式光敏器件2，陣列式光敏器件2接收到的兩個平面反射回來的干涉光，通過對陣列式光敏器件2得到的光電信號進行傅立葉變換，便可得到被測光的頻譜。

陣列式光敏器件可以采用線陣的CCD光敏傳感器，也可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陣列式光電倍增管(PMT)等。

在采用面陣光敏(圖像)傳感器時，與光柵刻槽方向相同(或說接收同一刻槽反射光)象素檢測到的信號可以疊加之后再進行傅立葉變換，可以大幅度提高光譜儀的靈敏度和光譜幅值的精度。