[发明专利]一种光谱测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光辐射测量领域，具体涉及一种光谱测量装置。

背景技术

光谱测量装置是用于测量发光体光谱功率分布的光学仪器，广泛应用于光源辐射测量、颜色测量、元素鉴定、化学分析等领域。光谱测量装置包括多种类型，根据其所能正常工作的光谱范围，分为真空紫外/紫外/可见光/近红外/红外/远红外光谱仪等；根据色散元件的不同，分为棱镜/衍射光栅/干涉光谱仪等；根据探测方法的不同，分为看谱仪、摄谱仪和光电光谱仪等；根据装置的功能和结构特点，分为单色仪（光栅/棱镜/双单色仪等）和多色仪（多通道光谱仪、成像光谱仪等）。

光谱测量装置一般由入射狭缝、准直元件、色散元件和成像元件等组成，测量装置工作时，光线从入射狭缝进入光谱测量装置，准直元件将入射光准直并入射到色散元件，色散元件将入射的复合光分解为光谱线，由成像元件将空间色散开的各波长的光束会聚在像方焦平面上，由出射狭缝出射或被接收系统探测。其中，杂散光是决定各种光谱测量装置测量精度的重要因素之一，它是指错误波长（非对应信号光波长）的光辐射照射被出射或被接受系统探测的光信号，主要来源于周围环境光辐射、不同衍射级次间的重叠和光学元件缺陷所产生的杂散光或非光学元件产生的反射光等。

在传统的光谱测量装置中，镀铝凹面反射镜是常用的成像元件，然而镀铝凹面反射镜可以以高反射率反射紫外-可见-红外的光辐射，如图1所示，这种宽波段反射特性会给光谱测量装置带来可观的杂散光。以典型的Czerny-Turner机械扫描式单色仪为例，色散光入射到会聚镜（镀铝凹面反射镜）上，扫描机构带动会聚镜旋转，从而将不同的单色光反射至出射狭缝处，实现整个光谱的扫描，由于不同衍射级次光谱的重叠，在会聚镜的同一位置上，可能同时存在待测单色光和其他波长的不同衍射级光谱，镀铝反射镜无选择性地反射这该位置上的所有光线，导致出射狭缝处除待测单色光外，还混入了大量其他波长的杂散光。此外，对于采用阵列探测器的多色仪，不同波长的光线被阵列探测器不同像素区域接收、探测，由于不同波长的测量光线和非测量光线均被镀铝凹面反射镜反射至同一像素区域，导致该像素区域内混入了大量其他非测量波长的杂散光。因此，对于采用了镀铝反射镜作为成像元件的光谱测量装置，其无选择性的宽波段光谱反射特性，会给测量装置带来大量的杂散光，测量误差大。

发明内容

为克服现有光谱测量装置的缺陷，本发明旨在提供一种可以不改变光学系统的原有结构即能大幅降低光学系统杂散光水平的光谱测量装置。

一种光谱测量装置，包括入射狭缝、色散元件和一个或多个成像元件，光线从入射狭缝进入光谱测量装置，经色散元件分光后，成像元件将色散光会聚成像，其特征在于，在成像元件的表面镀有光谱选择性薄膜，所述的光谱选择性薄膜的选择波段与光谱测量装置的测量波段相对应。

本发明公开的一种光谱测量装置，光线被色散元件分光后，入射到镀有光谱选择性薄膜的成像元件上汇聚成像，光谱选择性薄膜的作用是使指定波段内的光线在光学膜层上以一定的比率出射，而其他波段内的光线由于位于光谱选择性薄膜的选择波段外，经成像元件后，该部分光线在光路中被大幅衰减。由于光谱选择性薄膜的选择波段与光谱测量装置的测量波段相对应（例如，光谱测量装置的测量波段为380nm~780nm，则光谱选择性薄膜的选择波段也应为380nm~780nm），在成像元件的某一具体位置处，仅能将某一指定波段的光线出射出去，而在该位置处其它波段的光线(如二级光谱等)被大幅衰减，使得仅该指定波段内的出射光会聚成像，从而大幅降低杂散光。该光谱测量装置没有改变原测量设备的光学系统，仅通过在成像元件上镀光谱选择性薄膜，就能大幅降低光学系统的杂散光水平，从而提高测量准确度。

本发明还可以通过以下技术方案进一步限定和完善：

光学薄膜是指附着在光学元件表面的厚度薄而均匀介质膜层，按照其功能而言，可分为很多种类，如反射膜、增透膜、半透半反膜、滤光膜、分色膜、偏振膜、导电膜和保护膜等。本发明中的光谱选择性薄膜可为反射膜或增透膜或滤光膜，具体说明如下：

(a)反射膜(又称反光膜)是能使一定波段的光线反射的薄膜，它的功能是增加光学元件表面的反射率。在成像元件上镀光谱选择性反射膜，从而成像元件在镀膜的对应位置处仅将指定波段的光线按一定的反射率反射出去、并将该指定波段内的反射光会聚成像，在该位置处其他波段的反射光线被大幅衰减，从而大幅降低杂散光。