[發明專利]一種基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀

有效

• 申請號: 201210547862.7
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103105230A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 林慧;黎華;張國棟;歐紅師;丁海鵬;杜如虛
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，尤其涉及一種基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀。

背景技術

光譜儀是分析物質成分的重要分析儀器。傳統的光譜儀體積較大，使用條件嚴苛。而在現代化工業生產中，往往需要能嵌入生產線并進行實時監測的微小型在線光譜儀?，F有技術中的微型光譜儀一般將準直鏡、平面光柵以及聚焦鏡集成為一個復合器件，在一定程度上縮小了體積。然而，上述微型光譜儀有的未采用曲面元件，有的采用等柵距光柵，使得最終成像譜面不平直、像差較大的問題仍然存在。

發明內容

本發明旨在解決上述現有技術中存在的問題，提出一種基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀。

本發明提出的基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀包括：入射針孔、變柵距光柵、微凸透鏡、透明基板以及陣列光電探測器。其中，所述微凸透鏡具有一凸面與一平面，所述變柵距光柵設置于所述微凸透鏡的凸面一側，所述微凸透鏡的平面與所述透明基板固定連接；待測光信號從所述入射針孔入射，經過所述變柵距光柵后發生衍射，所述待測光信號被分為包含多種波長光的衍射光信號；所述微凸透鏡對所述衍射光信號進行聚焦，聚焦后的衍射光信號通過所述透明基板匯聚在所述陣列光電探測器上形成光點，其中，所述衍射光信號中波長相同的光在所述陣列光電探測器上匯聚成一點，所述陣列光電探測器感測匯聚其上的光點。

本發明提出的基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀采用變柵距光柵與微凸透鏡結合的方式消除像差、使經過的光形成的譜面平直，從而達到提高光譜分辨率的目的，同時，變柵距光柵與微凸透鏡均采用微納加工工藝制作，使得基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀體積大幅減小，便于集成到嵌入式檢測系統中。此外，本發明中的微凸透鏡易于通過微加工工藝制作，尤其是易于制成凸透鏡陣列，從而為制作多通道光譜儀提供了可能性。

附圖說明

圖1是本發明一實施例的基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀結構圖；

圖2是本發明一實施例的變柵距光柵局部樣式示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提出的基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀用于對待測光信號進行光譜分析。

圖1所示為本發明一實施例的基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀結構圖。所述基于變柵距光柵透鏡的微型光譜儀包括：入射針孔100、變柵距光柵200、微凸透鏡300、透明基板400以及陣列光電探測器500。

如圖1所示，所述微凸透鏡300具有一凸面以及一平面，所述變柵距光柵200設置于所述微凸透鏡300的凸面一側，所述微凸透鏡300的平面與所述透明基板400固定連接。具體地，可采用MOEMS工藝，結合熱熔法或微模鑄法在所述透明基底400上制作所述微凸透鏡300，采用電子束直寫或紫外光刻的方法制作所述變柵距光柵200。在本實施例中，所述微凸透鏡300的直徑小于等于3毫米，所述變柵距光柵200的柵線密度小于等于2000線/毫米。

圖2所示為所述變柵距光柵200的局部示意圖，所述變柵距光柵200中各條柵線的形狀不相同，且各條柵線之間的距離不等，如上述設計的變柵距光柵200可對不同波長的光進行分光，同時可以有效地降低像差，使通過其的光形成的譜面平直，達到提高光譜分辨率的目的。

待測光信號由多種不同波長的光構成，所述待測光信號從所述入射針孔100入射，經過所述變柵距光柵200后發生衍射形成衍射光信號，并進行像差校正，所述衍射光信號中各種波長光的傳播方向各不相同。在本實施例中，所述入射針孔100的直徑為5-100μm，所述入射針孔100可有效地限制雜散光通過，避免雜散光的干擾。

所述微凸透鏡300對上述包含各種波長光的衍射光信號進行聚焦，聚焦后的所述衍射光信號通過所述透明基板400匯聚在所述陣列光電探測器500上形成光點。其中，所述衍射光信號中波長相同的光在所述陣列光電探測器500上匯聚成一點，因此，在所述陣列光電探測器500上形成有多個光點，每個光點由一種波長的光會聚而成。所述陣列光電探測器500感測匯聚其上的各個光點，從而實現全波段光譜的快速分析。

在本實施例中，所述透明基板400為雙面透明，其材質可以是熔融石英、K9光學玻璃、B270光學玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等材料中的一種。所述陣列光電探測器500是電荷耦合器件陣列、互補金屬氧化物半導體、二極管陣列等傳感器件中的一種。