[发明专利]一种成像光谱仪分光系统

说明书

本发明提供了一种成像光谱仪分光系统，以解决现有技术结构复杂装调难度大等的问题；包括沿所述入射狭缝的出射光路方向依次共轴设置的准直模组、色散组件、成像模组、成像面；从所述入射狭缝出射的光线经所述准直模组准直为复色平行光后入射到所述色散组件，经所述色散组件色散后射到所述成像模组上，并被聚焦到所述成像面；所述成像模组和所述准直模组形成对称结构，所述色散组件由两个棱镜和一个光栅组成，两个所述棱镜呈轴对称间隙布置于所述光栅两侧。

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，具体为一种成像光谱仪分光系统。

背景技术

光谱仪是根据光的色散原理、衍射原理或者光学调制原理，将不同频率的光按照一定的规律分解开形成光谱，并配合相应的机械、电子和计算机系统，检测接收光的频率以及强度并对其进行检定的仪器。

纵观国内外主要的成像光谱仪系统，发现以反射式居多。反射式成像系统的代表结构主要有切尼一特纳(Czerny-Tumer)系统和Offner系统。Czerny-Turner光路结构以两个回面反射镜依次作为准直物镜和成像物镜,以平面反射光栅作为分光元件，具有结构简单紧凑、空间利用率大、光谱分辨率高等优点,是小型光谱仪的首选结构，荷兰Avantes公司研制的Avaspec系列小型光纤光谱仪就是采用的该结构，但在常见的Czerny-Turner光路结构中，由于准直物镜和成像物镜的关系以及尺寸的缘故，正常传播的光线容易违背设计形成多次衍射，这样二次衍射或多次衍射会导致设计波长之外的光叠加到系统设定的出射波长上，增加了系统的染散光,降低了输出光线的纯度，此外如果使用反射器件，系统的光轴会发生折转，从而给系统结构设计及装调增加一定的难度。

Offner系统是在Offner中继光学系统的基础上发展起来的新型光谱成像系统，该系统以凸面光栅为核心,结合两个同心凹面反射镜构成分光系统，采用球面设计，结构简单，具有畸变小、成像质量好等特性，但是相对于平面光栅而言，凸面光栅价格昂贵、制作困难,而且就具体系统而言需要定制,也就限制了设计和装配的自由度,提高了系统的制造成本,通用性差；而且该结构是通过调整多个反射器件达到同心,实现降低多种相差影响,其在实际装配时难度很大。

综上，基于平面衍射光栅的成像光谱仪多为离轴光路，结构复杂装调难度大；而同心结构的成像光谱仪常用凹面光栅或凸面光栅，其加工制造难度大，且光栅加工工艺对仪器性能影响极大，则上述这些形式的成像光谱仪在模块化应用的民用市场中潜力不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种成像光谱仪分光系统，以解决现有技术存在的问题。

其技术方案是这样的：一种成像光谱仪分光系统，包括入射狭缝，其特征在于：还包括沿所述入射狭缝的出射光路方向依次共轴设置的准直模组、色散组件、成像模组、成像面；从所述入射狭缝出射的光线经所述准直模组准直为复色平行光后入射到所述色散组件，经所述色散组件色散后射到所述成像模组上，并被聚焦到所述成像面；所述成像模组和所述准直模组形成对称结构，所述色散组件由两个棱镜和一个光栅组成，两个所述棱镜呈轴对称间隙布置于所述光栅两侧。

其进一步特征在于：

所述准直模组包括沿光线传播方向依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜、第四透镜均为平凸透镜，且均朝向所述光谱仪像方设置；第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为弯月透镜，朝向所述光谱仪像方设置；

所述准直模组中4个透镜沿光的传播方向依次排列的8个镜面的面型及曲率半径、间隔为：平面，3～4，凸球面16～17，13～14；凹球面8～9，3～4，凹球面55～58，2.5～3；凹球面20～24，3～4，凸球面14～15，0.1～0.2；平面，3～4，凸球面15～16，5～6；所列数据单位为mm；