专利名称：一种微型光谱仪色散结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光谱检测设备领域，尤其涉及一种微型光谱仪色散结构。
背景技术：
物质成分的分析和实时检测受到了人们越来越多的关注，其检测技术也在不断发展，光谱仪运用于物质成分的分析，相关设备的市场也在不断细分和扩大。当前，物质成分的分析和实时检测的需求主要来自以下一些领域，如食品安全、生物医疗、宝石鉴定、文物鉴定、刑事鉴定、公共安全、地址探矿、材料科学和环境检测等。拉曼光谱是物质的非弹性分子振动光谱，由于每一种物质的成分和结构都不相同，因此对应的拉曼光谱也各不相同。通过检测样品的拉曼光谱，可以定性甚至半定量地分析样品中的物质组成。拉曼光谱的检测周期相对于质谱法和色谱法等方法要短得多，在一些场合还可以基本达到实时的检测。传统的拉曼光谱仪体积庞大、结构复杂且造价昂贵，还需要专业的人员才能进行操作和分析。随着激光器、光电探测器和集成电路等相关部件和技术的发展，拉曼光谱仪目前已经在向小型化低成本方向发展。目前市场上已有的小型化拉曼光谱仪的尺寸基本还处在100. OX 100. 0X40. Omm3 这个尺寸范围外。海洋光学提供一种89. IX63. 3X 34. 4mm3的拉曼光谱仪，是目前市场上较小尺寸拉曼光谱仪，在便携性方面达到了一个新的高度，但却是以牺牲分辨率为代价。
发明内容为克服上述问题，本实用新型提出一种微型光谱仪色散结构，通过在三维空间上折叠光路来实现光谱仪尺寸的缩小，同时保持较高的分辨率性能。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为一种微型光谱仪色散结构，该色散结构为三维折叠光路，包括一个入射狭缝、一个凹柱面反射镜、两个平面反射镜、一个平凹光栅和一个CCD阵列；光经入射狭缝入射后被凹柱面反射镜反射，并在垂直于凹柱面反射镜母线方向上准直，之后由第一平面反射镜反射到平凹光栅上，被色散之后再由第二平面反射镜反射到CCD阵列上。进一步的，所述色散结构还包括多个平面反射镜，分别设置于凹柱面反射镜与CXD 阵列之间的折叠光路上。本实用新型的有益效果本实用新型的一种微型光谱仪色散结构，通过在三维空间上折叠光路来实现光谱仪尺寸的缩小，特别是通过凹柱面反射镜的运用来控制折叠方向上信号光的发散度，减小光路的折叠所需占用的空间，最终实现不降低分辨率而减小光谱仪尺寸的目的。

图1为现有技术的平凹光栅光路示意图；图2为本实用新型的色散结构光路示意图；[0011]图3为本实用新型的折叠光路准直方向示意图；图4为平面反射镜示意图。标号说明101入射狭缝；102平凹光栅；103平面反射镜；201入射狭缝；202凹柱面反射镜；203第一平面反射镜；204平凹光栅；205第二平面反射镜；206 CXD阵列；301入射狭缝；302凹柱面反射镜；303平面反射镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。基本原理如图1所示为平凹光栅光路示意图，该结构称为平场CACHG摄谱系统结构，包括入射狭缝101、平凹光栅102和CXD阵列103。由于采用了平凹光栅102作为色散元件，光路中省去了一个准直反射镜和一个会聚反射镜，使光路得到简化，相应的光谱仪结构也得到缩小，因此这种结构也就被广泛的运用于便携式微型光谱仪中。但是由于这种结构的光谱仪尺寸直接影响到光谱仪的分辨率，因此进一步的缩小光谱仪尺寸将导致分辨率再次下降，而这将直接导致光谱仪失去其实用性。利用上述基本原理，并针对上述问题，本实用对其结构作了改进，在保持光谱仪分辨率不下降的条件下，减小平场CACHG摄谱系统结构的尺寸，最终减小光谱仪的尺寸。如图 2所示为改进的色散结构，图中展示了经过折叠光路后，光谱仪的尺寸减小到将近原来尺寸的一半。该色散结构包括入射狭缝201、凹柱面反射镜202，第一平面反射镜203、平凹光栅 204、第二平面反射镜205和CXD阵列206。信号光从入射狭缝201入射，之后被凹柱面反射镜202反射，信号光在垂直于凹柱面反射镜202的母线方向上被准直，实现单方向准直光路，之后又被第一平面反射镜203反射到平凹光栅204上，信号光在平凹光栅204上产生色散，不同波长的信号光以不同的角度入射到第二平面反射镜205，再经第二平面反射镜205 的折叠反射到CCD阵列206处，信号光由CCD阵列接收并转换成电信号被传输和处理。如果采用普通的平面反射镜对图1的光路进行折叠，由于光的发散，则在折叠方向上光谱仪的尺寸将变得很大。如图4所示为所需平面反射镜镜面大小，即信号光斑大小。 虚线表示未使用凹柱面反射镜的情况下，光斑的形状为一圆斑，亦即所需平面反射镜的外形；实现表示使用凹柱面反射镜的情况下，光斑的形状，亦即所需平面反射镜的外形。由于信号光在一个方向上被压缩准直，因此在该方向上可以实现多次折叠而依然保持该方向的光斑大小不变，从而平面反射镜的外形尺寸也可减小，相关的元器件尺寸都将有类似的缩小，从而将进一步缩小光谱仪的尺寸。所以本实用新型加入凹柱面反射镜以控制信号光在折叠方向上的发散角度，如图3所示，信号光从入射狭缝301入射，经过凹柱面反射镜302 后，信号光在垂直于凹柱面反射镜302母线方向上被准直，之后入射到平面反射镜303上。 该结构可以通过调节凹柱面反射镜302凹面的弧度，以及凹柱面反射镜302与入射狭缝301 间的距离来控制信号光在垂直于凹柱面反射镜302母线方向上的光斑大小。当信号光光斑在此方向上被控制到足够小的时候，即可实现光路的折叠，减小光谱仪的尺寸，而且不降低其分辨率。在信号光被准直方向上还可加入多个平面反射镜，多次折叠光路以进一步减小光谱仪尺寸，并且保持其分辨率不变。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种微型光谱仪色散结构，其特征在于所述色散结构为三维折叠光路，包括一个入射狭缝、一个凹柱面反射镜、两个平面反射镜、一个平凹光栅和一个CCD阵列；光经入射狭缝入射后被凹柱面反射镜反射，并在垂直于凹柱面反射镜母线方向上准直，之后由第一平面反射镜反射到平凹光栅上，被色散之后再由第二平面反射镜反射到CCD阵列上。
2.如权利要求1所述的一种微型光谱仪色散结构，其特征在于所述色散结构还包括多个平面反射镜，分别设置于凹柱面反射镜与CCD阵列之间的折叠光路上。
专利摘要本实用新型公开了一种微型光谱仪色散结构，该色散结构为三维折叠光路，包括一个入射狭缝、一个凹柱面反射镜、两个平面反射镜、一个平凹光栅和一个CCD阵列；光经入射狭缝入射后被凹柱面反射镜反射，并在垂直于凹柱面反射镜母线方向上准直，之后由第一平面反射镜反射到平凹光栅上，被色散之后再由第二平面反射镜反射到CCD阵列上。该结构通过在三维空间上折叠光路来实现光谱仪尺寸的缩小，特别是通过凹柱面反射镜的运用来控制折叠方向上信号光的发散度，减小光路的折叠所需占用的空间，最终实现不降低分辨率而减小光谱仪尺寸的目的。
文档编号G01N21/65GK202216909SQ20112035235
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者代会娜, 任策, 刘鸿飞, 吴砺, 张新汉, 林志强, 林磊 申请人:福州高意光学有限公司