[发明专利]一种微型光谱仪和光谱检测方法

权利要求书

1.一种微型光谱仪，其特征在于，所述微型光谱仪包括准直镜、第一衍射光栅、第二衍射光栅、会聚反射镜、柱面镜和探测阵列，所述准直镜、所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅、所述会聚反射镜、所述柱面镜和所述探测阵列延光路方向依次设置；

所述第一衍射光栅与水平面的夹角是第一角度值；

所述第二衍射光栅和水平面的夹角是第二角度值，其中，所述第二角度值是根据所述第一角度值计算得到的；

所述柱面镜与垂轴面的夹角是第三角度值，所述第三角度值是根据所述柱面镜在矢状视图的物距、所述柱面镜在矢状视图的焦距、折射率、所述柱面镜的中心厚度、所述准直镜的半径、所述会聚反射镜的半径、所述会聚反射镜的离轴入射角、像散和不同波长的衍射光在所述探测阵列上的扩散距离计算得到的；

光源发出的原始光经过所述准直镜后形成平行光，所述平行光经所述第一衍射光栅进行散射后，得到不同波长值的衍射光，使得所述不同波长值的衍射光以对应的入射角入射至所述第二衍射光栅后，经所述会聚反射镜会聚到所述柱面镜后，再会聚到所述探测阵列。

2.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

将衍射波长值、刻痕间距、入射角和光谱级次输入公式

，得到所述衍射波长值对应的衍射角；

根据所述衍射角和所述第一角度值，得到所述第二角度值，其中，i是所述入射角，是所述衍射角，m是所述光谱级次，是所述衍射波长值。

3.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述第三角度值

其中，

其中，所述柱面镜相对于矢状焦平面的倾斜角度有以下关系式：

tan

其中，

，，，；

其中，是像散，是所述柱面镜在矢状视图的物距，是所述柱面镜在矢状视图的焦距，n是折射率，t是所述柱面镜的中心厚度，是所述准直镜的半径，是所述会聚反射镜的半径，是所述会聚反射镜的离轴入射角，H是不同波长的衍射光在所述探测阵列的扩散距离。

4.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述准直镜是带单模光纤的非球面准直镜，焦距是18.75mm，有效孔径是5.5mm。

5.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述会聚反射镜是离轴非球面反射镜，其中曲率半径是-113.06mm，离轴角是33度，有效焦距是66.2mm。

6.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述柱面镜的柱面曲率半径是28.670mm，有效焦距是64.568637mm，工作距离是20mm，中心厚度是3mm，倾斜角度是2.443°。

7.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述第一衍射光栅是940.07line/mm，入射角是46.5度，尺寸是24x14x0.675mm。

8.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述第二衍射光栅是940.07line/mm，入射角是46.5度，尺寸是24x14x0.675mm。

9.根据权利要求1所述的微型光谱仪，其特征在于，

所述探测阵列的感光面积为12.8mm×0.5mm，像素尺寸是为50μm×500μm，像素个数是256pixels 。

10.一种光谱检测方法，其特征在于，基于权利要求1～9中任一项所述的微型光谱仪实现，

所述微型光谱仪包括准直镜、第一衍射光栅、第二衍射光栅、会聚反射镜、柱面镜和探测阵列，所述准直镜、所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅、所述会聚反射镜、所述柱面镜和所述探测阵列延光路方向依次设置；

所述第一衍射光栅与水平面的夹角是第一角度值；

所述第二衍射光栅和水平面的夹角是第二角度值，其中，所述第二角度值是根据所述第一角度值计算得到的；

所述柱面镜与垂轴面的夹角是第三角度值，所述第三角度值是根据所述柱面镜在矢状视图的物距、所述柱面镜在矢状视图的焦距、折射率、所述柱面镜的中心厚度、所述准直镜的半径、所述会聚反射镜的半径、所述会聚反射镜的离轴入射角、像散和不同波长的衍射光在所述探测阵列上的扩散距离计算得到的；

所述光谱检测方法包括：

光源发出的原始光经过所述准直镜后形成平行光，所述平行光经所述第一衍射光栅进行散射后，得到不同波长值的衍射光，使得所述不同波长值的衍射光以对应的入射角入射至所述第二衍射光栅后，经所述会聚反射镜会聚到所述柱面镜后，再会聚到所述探测阵列。