[发明专利]一体化傅立叶光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及科学仪器，尤其是一种光谱仪器。

背景技术

光谱仪是一种重要而常用的科学仪器，用于对光源和物质进行精密的分析。为了提高仪器的分析灵敏度、精度和速度等性能，不断有人采用新的技术和器件改进光谱仪。

如王柯敏等设计的发明专利(CCD光栅集成全波长光谱仪，专利号CN01114410.6)，温志渝等设计的发明专利(集成化微型光谱仪，专利号CN02119512.9)，袁洪福等设计的发明专利(在线近红外光谱仪，申请号CN02125852.X)，刘木清设计的发明专利(手持式光谱仪，申请号CN01254633.X)，刘木清等设计的发明专利(一种0.7-1.7微米波段的近红外光谱仪，申请号CN03270366.X)。在上述设计均为光栅光谱仪，采用光栅和CCD(电荷耦合器件)作为来提高光谱仪的性能。CCD具有快速的优点，但相对于光电倍增管等其他光电器件，CCD的灵敏度要低很多，在分析某些物质成分时仍显不足。反之，傅立叶光谱仪具有高灵敏度的特点，但需要精密的运动部件，结构复杂，测量速度缓慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，实现一种既具高速度，又具高灵敏度，还不需运动部件，不需要调整的新型光谱仪。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一体化傅立叶光谱仪，包括一个分束棱镜和阵列式光敏器件，所述分束棱镜为一种近似直角分束棱镜，包括第一和第二两个相邻平面，分束面平分该两个平面之间所形成的近似直角而非直角的夹角，该夹角与直角之差小于1°，被测平行光到达所述分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后到达第二平面(B)，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后到达第一平面(A)，经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。

上述傅立叶光谱仪，其中的阵列式光敏器件可以为面阵CCD、面阵CMOS图像传感器或为微通道阵列光电倍增管PMT。当两个反射平面的夹角为锐角时，述阵列式光敏器件还可以采用线阵CCD。

本发明改进麦克耳逊干涉仪的设计，以一个近似直角分束棱镜的部件，替代在麦克耳逊干涉仪中的分束镜和两面反射镜，在分束棱镜的两个相邻的透射面镀上反射膜，并将其中之一或两面有意制成一定的倾斜度。该分束棱镜以分束面为对称面呈对称结构。

本发明以阵列式光敏器件，如CCD或CMOS图像传感器作为光电信号检测器件，作为接收器件，使得光敏器件的每个(列)象素接收到从两个反射面反射回来的光束的光程差都不同，阵列式光电器件在接收到不同光程差的干涉信号后，通过傅立叶变换，可以实现光谱测量。此种设计，使得光谱仪的结构大大简化，由于分束棱镜采用以分束面为对称面的对称结构，从而易于实现分束棱镜规格化生产。本发明的光谱仪，不需运动部件，不需要调整，即可实现高速度高灵敏度光谱分析。

附图说明

图1为本发明实施例1的光路原理图。

图2为本发明实施例2的光路原理图。

附图标记：

1为分束棱镜    2为阵列式光敏器件

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

本发明傅立叶光谱仪的实施例一：

如图1所示，本发明实施例一采用分束棱镜为一种近似直角分束棱镜，包括第一A和第二B两个互成夹角的镀有反射膜的平面，此夹角为近似直角的锐角，大于89°且小于90°，例如取90.5°，且分束面平分该夹角。

参见图1，被测平行光通过分束棱镜1分成两部分，一部分透过分束面到达分束棱镜的平面B，平面B镀有反射膜构成反射镜，由平面B反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件2；另一部分光由分束面反射到达分束棱镜的平面A，平面A也镀有反射膜构成反射镜，但平面A、B与光束并非如直角分束棱镜与光轴垂直，而是有一定的倾斜角度，倾斜方向如图所示，因而这部分光在平面A反射后与平面B反射的光束具有不同的光程差，透过分束面后到达阵列式光敏器件2，阵列式光敏器件2接收到的两个平面反射回来的干涉光，通过对阵列式光敏器件2得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。

阵列式光敏器件可以采用线阵的CCD光敏传感器，也可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阵列式光电倍增管(PMT)等。

在采用面阵光敏(图像)传感器时，与光栅刻槽方向相同(或说接收同一刻槽反射光)象素检测到的信号可以叠加之后再进行傅立叶变换，可以大幅度提高光谱仪的灵敏度和光谱幅值的精度。