[發明專利]多色儀系統和方法

有效

• 申請號: 201880065041.5
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN111183342B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: S·肯特;L·巴克
• 申請（專利權）人: 安捷倫科技有限公司
• 主分類號: G01J3/12
• 分類號: G01J3/12;G01J3/18;G02B5/08
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 封新琴

一種多色儀系統包括：光學元件，其限定光闌；準直鏡，用于經由所述光闌接收光并反射基本上準直的光；至少第一色散光學部件和第二色散光學部件，各自被配置為針對不同的波長將從所述準直鏡接收的所述基本準直的光色散不同的量，并提供沿第一軸線和第二軸線隔開的具有不同光波長的交叉色散光；以及聚焦鏡，其定位成將所述交叉色散的光聚焦到2D陣列檢測器上，以在所述檢測器的多個相應區域處提供所述光闌的多個光闌圖像，所述多個光闌圖像中的每一個與所述交叉色散光的各自的波長相關聯。所述準直鏡和所述聚焦鏡中的一個或兩個是具有反射面的自由曲面鏡，所述反射面被配置為減輕所述多色儀系統在沿著所述第一軸線和所述第二軸線的所述交叉色散光的多個波長上的光學像差的影響，并且從而優化與沿著所述第一軸線和所述第二軸線的所述多個波長相關聯的所述多個光闌圖像的分辨率。

技術領域

本公開總體上涉及多色儀或多色儀系統，并且更具體地涉及用于光譜儀或用于光譜學的光學系統中的多色儀或多色儀系統。本公開還涉及確定用于這種多色儀系統的自由曲面鏡的優化形狀的方法。

發明內容

一些實施方案涉及一種多色儀系統，包括：光學元件，其限定光闌；準直鏡，用于經由所述光闌接收光并反射基本上準直的光；至少第一色散光學部件和第二色散光學部件，每一個被配置為針對不同的波長將從所述準直鏡接收的所述基本準直的光色散不同的量，并提供沿第一軸線和第二軸線隔開的具有不同光波長的交叉色散的光；以及聚焦鏡，其定位成將所述交叉色散的光聚焦到2D陣列檢測器上，以在所述檢測器的多個相應區域處提供所述光闌的多個光闌圖像，所述多個光闌圖像中的每一個與所述交叉色散的光的各自的波長相關聯；其中，所述準直鏡和所述聚焦鏡中的一個或兩個是具有反射面的自由曲面鏡，所述反射面被配置為減輕所述多色儀系統在沿著所述第一軸線和所述第二軸線的所述交叉色散的光的多個波長上的光學像差的影響，并且從而優化與沿著所述第一軸線和所述第二軸線的所述多個波長相關聯的所述多個光闌圖像的分辨率。

在一些實施方案中，所述第二光學色散元件相對于所述第一光學色散元件取向，使得所述第二軸線基本垂直于所述第一軸線。

在一些實施方案中，所述第一色散光學部件被配置為接收來自所述準直鏡的準直光并且沿著所述第一軸線針對不同的波長將所述基本上準直的光色散不同的量以提供色散光；并且所述第二色散光學部件被配置為沿著所述第二軸線進一步針對不同的波長將所述經色散的光色散不同的量，以提供所述交叉色散的光。

在一些實施方案中，所述第一色散光學元件被配置為沿著所述第一軸線將所述光分離成具有重疊階次的色散光譜，并且所述第二色散光學元件被配置為沿著所述第二軸線將所述光分離成不同階次的光譜。在其他實施方案中，所述第二色散光學元件被配置為沿著所述第二軸線將所述光分離成具有重疊階次的色散光譜，并且所述第一色散光學元件被配置為沿著所述第一軸線將所述光分離成不同階次的光譜。

在一些實施方案中，所述第一色散光學部件包括衍射光柵，并且所述第二色散光學部件包括棱鏡。在其他實施方案中，所述第二色散光學部件包括衍射光柵，并且所述第一色散光學部件包括棱鏡。在其他實施方案中，所述第一色散光學部件包括第一衍射光柵，并且所述第二色散光學部件包括第二衍射光柵。

在一些實施方案中，所述準直鏡是自由曲面鏡并且所述聚焦鏡是以下任一種：(i)球形凹面鏡、(ii)復曲面凹面鏡、和(iii)拋物面凹面鏡。在一些實施方案中，所述聚焦鏡是自由曲面鏡，并且所述準直鏡是以下任一種：(i)球形凹面鏡、(ii)復曲面凹面鏡、和(iii)拋物面凹面鏡。

在一些實施方案中，所述準直鏡和聚焦鏡中的一者或兩者的所述反射面由多項式描述。所述準直鏡的所述反射面可以被描述為：

其中且

其中，z是沿光軸線的高度，x是沿第一軸線的位置，并且y是沿所述第二軸線的位置。