[发明专利]一种微型光谱仪和光谱检测方法

说明书

本发明涉及一种微型光谱仪，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，准直镜、第一衍射光栅、第二衍射光栅、会聚反射镜、柱面镜和探测阵列延光路方向依次设置。本申请可纠正扫描中心波长处的散光，抑制宽光谱范围内的散光，从而提高图像质量和分辨率，且本申请中的微型光谱仪设计简单。本发明还涉及一种光谱检测方法。

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种微型光谱仪和光谱检测方法。

背景技术

光谱仪是用于测量光线不同波长位置处的光强度的装置，目前，构成光谱仪的元器件，通常都具有较大的尺寸，使得光谱仪体积大、不方便携带，不利于与成像系统集成，严重限制了光谱仪的应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种微型光谱仪和光谱检测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种微型光谱仪，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。

本方法发明的有益效果是：提出了一种微型光谱仪，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。本申请实现了纠正扫描中心波长处的散光，并可通过调整柱面镜和图像平面之间的相对角度抑制宽光谱范围内的散光，从而提高了图像质量和分辨率，且能够在不扩大空间尺寸的前提下，提高系统的光学分辨率，并且本申请中的光谱仪设计简单。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，将光线的波长、刻痕间距、入射角和光谱级次输入公式

，得到波长的光线对应的衍射角；

根据所述衍射角和所述第一角度值，得到所述第二角度值。

进一步地，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。

进一步地，所述准直镜是带单模光纤的非球面准直镜，焦距18.75mm，有效孔径为5.5mm。

进一步地，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。