[发明专利]光谱测定光学系统及光谱测定仪

说明书

技术领域

本发明涉及利用激光束的光谱测定光学系统以及使用该光谱测定光学系统的光谱测定仪。

背景技术

已知的奥夫纳(Offner)型光谱测定仪是具有高的成像特性的光谱测定仪。例如，日本特开第2010-181413号专利申请公开了奥夫纳型光谱测定仪。(例如，参见日本特开第2010-181413号专利申请的第[0009]段)。

通常，奥夫纳型光谱测定仪包括两个同心地布置的反射镜(主反射镜及副反射镜)，且为放大倍数为1的中继(relay)光学系统。该中继光学系统具有诸如非常小的光学像差(aberration)和失真(distortion)等特性。

奥夫纳型光谱测定仪包括上述中继光学系统和具有凸面的衍射光栅，所述衍射光栅布置在副反射镜的凸面上方。

日本特开第2010-181413号专利申请中所披露的奥夫纳型光谱测定仪包括：狭缝(20)，用于使激光束穿过；凹面镜(35)，用于反射来自所述狭缝的所述激光束；以及凸面衍射光栅(60)，与所述凹面镜同心地布置，且其曲率半径小于所述凹面镜的曲率半径。传感器(50)检测由奥夫纳型光谱测定仪提供的光。所述狭缝和所述传感器用于成像，所述传感器的在一个方向上的检测表面上的轴对应于空间中的任一轴，且垂直于所述一条轴的另一轴对应于波长轴(散射波长，即谱域(spectral domain))。具有此种光学系统的光谱测定仪被称为成像光谱测定仪，并可抑制狭缝图像的失真。

以此种方式构造的奥夫纳型光谱测定仪能够提供例如小的光学像差且狭缝图像的受抑制的失真等所宣称的成像特性。

日本特开第2008-510964号专利申请也披露了奥夫纳型光谱测定仪。

在奥夫纳型光谱测定光学系统中，需要检测具有特定波长范围的光。

发明内容

因此，需要提供一种用于检测具有特定波长范围的光的光谱测定光学系统以及一种使用所述光谱测定光学系统的光谱测定仪。

本发明实施例的光谱测定光学系统包括反射部件、衍射光栅及输入元件。

所述反射部件具有沿第一圆形形成的凹面，所述第一圆形具有中心。

所述衍射光栅具有边缘部和沿第二圆形形成的凸面，所述第二圆形与所述第一圆形同心地布置，在所述反射部件的所述凹面处被反射的光入射到所述衍射光栅上。

所述输入元件相对于所述反射部件及所述衍射光栅布置在预定位置处，使得衍射光在输入至所述光谱测定光学系统的输入光与所述衍射光栅的所述边缘部之间穿过。所述衍射光具有不小于600nm且不超过1100nm的波长区域、并在所述凹面处被反射。

根据本发明的实施例，可检测在所述输入光与所述衍射光栅的所述边缘部之间穿过、在所述凹面上被反射、且具有不小于600nm且不超过1100nm的波长区域的衍射光。

所述衍射光栅具有与垂直于中心轴的第一轴相交的主点，所述中心轴是所述第一圆形和所述第二圆形的公共轴。换言之，在所述凹面上被反射的光(输入光的反射光)的光轴相交于所述衍射光栅的所述主点处。

所述衍射光栅可以以如下发射角射出衍射光，所述发射角小于在所述衍射光栅的所述凹面上被反射的所述光的入射角。

所述反射部件的所述凹面的曲率半径和所述衍射光栅的所述凸面的曲率半径中的每者被设定成使得所述第二圆形上的曲率半径为R，且所述第一圆形上的曲率半径大体上为((R/2)±5%)。换言之，所述光谱测定光学系统利用奥夫纳型光谱测定光学系统。

所述第一轴与第二轴之间的距离可为R/5至R/4，所述第二轴平行于所述第一轴并且与入射到所述凹面上的所述输入光的光轴重合。

所述输入元件可具有狭缝元件，所述狭缝元件具有用于使所述输入光穿过的狭缝。

所述输入元件可具有第一反射镜和第二反射镜中至少一者，所述第一反射镜用于反射自所述狭缝元件射出的所述输入光并使所述输入光到达所述凹面，所述第二反射镜用于反射在所述凹面上被反射的所述衍射光并使所述衍射光到达传感器，由此可避免由于所述输入元件和所述传感器的布置而产生的机械干扰。

所述输入元件可具有包括所述第一反射镜和所述第二反射镜的棱镜反射镜。所述棱镜反射镜布置在所述狭缝元件与所述传感器之间，所述狭缝元件与所述传感器成直线地布置，以减小用于布置所述狭缝元件、所述棱镜及所述传感器的空间。因此，可自由地布置所述传感器。例如，所述棱镜反射镜可如下布置。

所述狭缝元件和所述反射镜棱镜可被布置成使得所述输入光入射到所述第一反射镜的入射角为45度且所述衍射光入射到所述第二反射镜的入射角为45度。