[发明专利]一种光谱仪

说明书

本发明公开一种光谱仪，包括依照光线入射顺序设置的第一狭缝，准直单元，第一色散单元，聚焦单元，第二狭缝，第二色散单元及二维阵列探测器；入射光经所述第一色散单元和所述第二色散单元的二次色散后，成像至所述二维阵列探测器接收面，其中，所述第一色散单元的主截面和所述第二色散单元的主截面为相互垂直的。本发明可以使得不同波长的光在二维阵列探测器接收面的平面上呈倾斜分离，消除了相近波长光在测试过程中反射到目标波长区域带来的误差，进一步剔除杂散光对测试结果的影响。

技术领域

本发明涉及光电测试领域，具体涉及一种光谱仪。

背景技术

光谱仪用来测量分析光谱辐射功率分布和光谱组成的设备，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。采用阵列探测器，如CCD、二极管阵列等作为探测元件的快速光谱仪可在毫秒级的时间内迅速测量被测光源的光谱功率分布，近几十年来得到了快速发展和广泛应用。杂散光控制水平是评价快速光谱仪最重要指标之一，针对快速光谱仪，杂散光是指照射在某个特定波长点所对应的象元上的其他光谱成分，其大小决定着阵列光谱仪的测量准确度。杂散光主要由于周围环境的光辐射、不同级次光谱的重叠和光学元件缺陷或非光学元件的反射等原因产生的。

现有的基于阵列探测器的快速光谱仪即一次测量即可获得整个待测波段的光谱功率分布，这种测量方法虽然测试速度快，成本也较低，但杂散光较大，准确度相对较低。此外，光栅作为色散元件时，由于光栅的零级光谱能量最大但不能发生色散，光谱仪实际测量的是光栅发生色散的一级光谱，但由于其能量较低，限于探测器的灵敏度，往往需要较大能量的入射光，才能保证一级光谱被探测器探测到；但入射光能量增大，其零级光谱以及其它级次的光谱的能量也更大，光谱仪内部的杂散光也更多，影响测量的准确度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光谱仪，旨在解决现有技术中杂散光较大，准确度相对较低的问题。

本发明公开一种光谱仪，包括依照光线入射顺序设置的第一狭缝，准直单元，第一色散单元，聚焦单元，第二狭缝，第二色散单元及二维阵列探测器；入射光束经所述第一色散单元和所述第二色散单元的二次色散后，成像至所述二维阵列探测器接收面，其中，所述第一色散单元的主截面和所述第二色散单元的主截面为相互垂直的。本发明提供的第一狭缝限制进入光谱仪的光束，同时对于后续光学系统而言，成为了替代的、实际的光源；经第一狭缝的光束由准直单元准直为平行光束后，进入第一色散单元；第一色散单元使光在其主截面按照波长分散；聚焦单元用于聚焦色散后的光，使光在焦平面上形成一系列第一狭缝的像；第二狭缝具有与第一狭缝相似的功能，设置于第二色散单元前，第二色散单元对入射光束进行二次色散，使光在其主截面进一步按波长分散。

主截面对于色散元件是重要的特征平面。棱镜的主截面一般指光线在垂直于两折射平面的截面；光栅的主截面一般指垂直光栅刻痕的平面。被测光是沿着主截面按波长色散开来的。对于，传统的二级分光的光谱仪，例如双单色仪光谱仪，其两个色散元件的主截面一般是共面或者平行的，以通过二级分光以获得比较高的分辨率并抑制杂散光。但这种方法经过二级分光后信号比较小，测量信噪比较低。

本发明公开的光谱仪，通过第一色散单元主截面和第二色散单元主截面的垂直设置，可以使得光源在经过第一色散单元后光线按波长色散排列的方向和经过第二色散单元后光线按波长色散排列的方向是相互垂直的，促成光谱在二维阵列探测器接收面的平面上产生分离，当投射至二维阵列探测器的接收面，可得到按波长在垂直方向均匀分开，水平方向倾斜分离的光谱图像。通过以上对入射光的二次色散步骤，投射到光学探测器接收面的光谱分布图像与现有技术产生区别，本发明提供的光谱仪可以使得不同波长的光在二维阵列探测器接收面的平面上呈倾斜分离，消除了相近波长光在测试过程中反射到目标波长区域的误差，进一步剔除杂散光对测试结果的影响；而且由于色散方向不一样，色散光的能量相对比较大，能够保证较高的信噪比。