[發(fā)明專利]一種微型光譜儀和光譜檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210818666.2
• 申請日: 2022-07-13
• 公開（公告）號: CN115165100A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周哲海;吳婧儀;趙爽;李慧宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01J3/18
• 代理公司: 北京遠創(chuàng)理想知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11513
• 代理人: 張素妍

本發(fā)明涉及一種微型光譜儀，微型光譜儀包括準直鏡、第一衍射光柵、第二衍射光柵、會聚反射鏡、柱面鏡和探測陣列，準直鏡、第一衍射光柵、第二衍射光柵、會聚反射鏡、柱面鏡和探測陣列延光路方向依次設(shè)置。本申請可糾正掃描中心波長處的散光，抑制寬光譜范圍內(nèi)的散光，從而提高圖像質(zhì)量和分辨率，且本申請中的微型光譜儀設(shè)計簡單。本發(fā)明還涉及一種光譜檢測方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微型光譜儀和光譜檢測方法。

背景技術(shù)

光譜儀是用于測量光線不同波長位置處的光強度的裝置，目前，構(gòu)成光譜儀的元器件，通常都具有較大的尺寸，使得光譜儀體積大、不方便攜帶，不利于與成像系統(tǒng)集成，嚴重限制了光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型光譜儀和光譜檢測方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種微型光譜儀，所述微型光譜儀包括準直鏡、第一衍射光柵、第二衍射光柵、會聚反射鏡、柱面鏡和探測陣列，所述準直鏡、所述第一衍射光柵、所述第二衍射光柵、所述會聚反射鏡、所述柱面鏡和所述探測陣列延光路方向依次設(shè)置；

所述第一衍射光柵與水平面的夾角是第一角度值；

所述第二衍射光柵和水平面的夾角是第二角度值，其中，所述第二角度值是根據(jù)所述第一角度值計算得到的；

所述柱面鏡與垂軸面的夾角是第三角度值，所述第三角度值是根據(jù)所述柱面鏡在矢狀視圖的物距、所述柱面鏡在矢狀視圖的焦距、折射率、所述柱面鏡的中心厚度、所述準直鏡的半徑、所述會聚反射鏡的半徑、所述會聚反射鏡的離軸入射角、像散和不同波長的衍射光在所述探測陣列上的擴散距離計算得到的；

光源發(fā)出的原始光經(jīng)過所述準直鏡后形成平行光，所述平行光經(jīng)所述第一衍射光柵進行散射后，得到不同波長值的衍射光，使得所述不同波長值的衍射光以對應(yīng)的入射角入射至所述第二衍射光柵后，經(jīng)所述會聚反射鏡會聚到所述柱面鏡后，再會聚到所述探測陣列。

本方法發(fā)明的有益效果是：提出了一種微型光譜儀，所述微型光譜儀包括準直鏡、第一衍射光柵、第二衍射光柵、會聚反射鏡、柱面鏡和探測陣列，所述準直鏡、所述第一衍射光柵、所述第二衍射光柵、所述會聚反射鏡、所述柱面鏡和所述探測陣列延光路方向依次設(shè)置。本申請實現(xiàn)了糾正掃描中心波長處的散光，并可通過調(diào)整柱面鏡和圖像平面之間的相對角度抑制寬光譜范圍內(nèi)的散光，從而提高了圖像質(zhì)量和分辨率，且能夠在不擴大空間尺寸的前提下，提高系統(tǒng)的光學(xué)分辨率，并且本申請中的光譜儀設(shè)計簡單。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步地，將光線的波長、刻痕間距、入射角和光譜級次輸入公式

，得到波長的光線對應(yīng)的衍射角；

根據(jù)所述衍射角和所述第一角度值，得到所述第二角度值。

進一步地，所述第三角度值

其中，

其中，所述柱面鏡相對于矢狀焦平面的傾斜角度有以下關(guān)系式：

tan

其中，

，，，；

其中，是像散，是所述柱面鏡在矢狀視圖的物距，是所述柱面鏡在矢狀視圖的焦距，n是折射率，t是所述柱面鏡的中心厚度，是所述準直鏡的半徑，是所述會聚反射鏡的半徑，是所述會聚反射鏡的離軸入射角， H是不同波長的衍射光在所述探測陣列的擴散距離。

進一步地，所述準直鏡是帶單模光纖的非球面準直鏡，焦距18.75mm，有效孔徑為5.5mm。

進一步地，所述會聚反射鏡是離軸非球面反射鏡，其中曲率半徑是-113.06mm，離軸角是33度，有效焦距是66.2mm。