专利名称：利用柱透镜进行像散纠正的光谱仪的制作方法
利用柱it^a行像離咖光谱仪
S^领域:本发明涉及一种光谱测量仪器，3iil^fflttii^^行像散纠正，结合线阵列CCD
探测器，获得更高测量灵鹏。
背景絲1光谱测量仪體綱于:oik流程在线检测过程，由于线阵列探测器/t^低，所
以光谱仪^^麟用线阵列CCD鹏电二极管阵列多道探测器。像散錄差的一种，是由位于主 轴外的某^ii夕卜物点，向光学系统发出的#樹单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成 一个清晰像点，而只能结成一弥誠斑。在实际4顿的线阵列探测的高度"M在i薩以下，而光 谱仪光学系统在线阵列探测器的谱面上成像，往往由于像散的问题，在谱线最细即分辨率最高的 时候，使得谱线有一定高度，会大于i腸使得會獻法被CCD线阵列探测器完全接收，誠 ft遣浪费，光谱i^^,下降。
发明内容本发明目的是克服现有技术的不足，,一种利用柱透^t行像散纠正的光谱
仪。该光谱仪f顿tt^聚焦，纠正形普仪像散，在小^f只下，超l便高的光谱灵驗。
本发明,的利用ffii^ift行像散纠正的光谱仪，包括入射狭缝、柱面透镜、凹面准皿射 镜、平面光栅、凹面聚焦MI^镜和线阵列ccD探测器，所有光学元件竖:g^s妇X平面上，其中 入射狭缝开c:竖:t^a。
ISS^W如图2、图3，柱皿与入l^a^在x轴方向上的距离确定如下， 一般是依据光谱
舰寸，^A射狭缝与柱纖二者之间距离为2-3cm，娜ZEMAX软件进行优化，得到CCD探 测器处的最ft 媒，从而确定最傲巨离。在Y轴方向上，以狭^0f在X-Z平面为中心，左右辦尔
體，在z轴方向上，使ttM的娜与Mm缝的M:中心的爐合，这样以解滩散问题。
一般情况下，狭缝宽度为0.2腿，M高度为a2mm，如果不4顿M^，在CCD探测器处， 舰高度^iillj 5cm。光束的會遣密度很分散，灵鹏不高。在相同的,下，^A射狭缝和凹 面准fi^lt镜之间插入ffiS^a行像散纠正，在CCD探测器处，M高度会降到lmm以下。光
束的倉疆密度得至鹏高，灵icS得到提高。
其后光谱仪部分位置布局同其他普通光谱仪一样。入射光束依體入射狭缝和柱面纖后， 照谢到凹面准l^f^h，经凹面准im镜，的光束平行照谢到平面光栅上，经该平面光栅 分光后的舰照Jt到聚焦^SI^牡，并被聚焦到线阵列CCD探测器上。
本发明的储和积a^:
本发明^ffl柱,聚焦，纠正光谱仪像散，相比目前常采用的光谱仪光路，在i^提高不多
的情况下，提高了光谱仪的观SM,。该仪器具有^R小，价格f據的特点。
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图1是利用柱;ii^S行像散纠正的光谱仪结构(俯视)示意图。图2 ^H种不同形式ffi^示意图，图2a为正柱,(双凸)，图2b为平凸ftiS^，图2c 为正弯月tt^;
图3是ffiS^S方向示意图，此图为侧视图，X-Z平面平《滩面，Y轴指向纸内。 图中l.入射狭缝2.柱面纖3.凹面准直^lt镜4.平面光栅5.凹面聚焦反射 镜6.线阵列CCD探测器。
具#^ 式-
如图i所示，本发明鹏的禾佣ttig^a行像散纠正的新M^谱仪包括，入射狭缝i，柱面透
镜2，凹面准;E^镜3，平面光栅4，凹面聚焦^glt镜5，线附UCCD探测器6。本发明实施例 将所有的鮮元件Simfi在光学平台上，规定光学平台所在的平面为X-Y平面，规定光束会狄 射狭缝出射的方向为X轴方向，规定光学元件竖立的平面方向为Z轴方向(图l为俯视图，所有
的光学元件都题:ms在x-Y平面上，由于竖;tMff，所有光学元件都是z轴见高，即z轴指
向纸外)。其中:入射狭缝1输出的^gji柱面纖2在图中X轴方向对入射光^ffi预当聚焦，
柱面纖2与入射狭缝1光轴(同向)重合，也就是说光束M射狭缝垂直出射，传播适当距离 后垂！A射到柱面mh，光束照谢到凹面准l^lt镜3，随后^^平行光照浙到平面光栅4，被 平面光栅4絲后的光束，照谢到聚焦蹄镜5上，并随后^^到线阵列CCD探测器6。
在本例中，入射狭缝1距离ffit^ 2距离为15mm，凹面准皿射镜3和凹面聚焦反射镜5 的反射面曲率半径均为160mm，即焦距为80mm，如果中间没有M镜，假如入射狭缝高度为 0.2mm，贝ij由于像散，在阵列探测器上形成的谱线高度约为3mm， IBi^ffl平凸形式，高度为 12mm，宽度为12mm，凸面曲率，为50mm，,同样的入射,逢高度为0.2mm，在线阵列探 测器6表面聚焦后的谱线高度可以斷氐为0.5纖，倉遣密度比不〈顿ffit^的提高约6倍，仪器 灵,目離高约6倍。
权利要求
1、一种利用柱透镜进行像散纠正的光谱仪，其特征在于该光谱仪包括入射狭缝、柱面透镜、凹面准直反射镜、平面光栅、凹面聚焦反射镜和线阵列CCD探测器，入射光束依次经入射狭缝和柱面透镜后，照射到凹面准直反射镜上，经凹面准直反射镜反射的光束平行照射到平面光栅上，经该平面光栅分光后的光束照射到聚焦反射镜上，并被聚焦到线阵列CCD探测器上。
2、 根据权利要求i戶，的禾,iM^a行像散纠正的光谱仪，，征在于，戶，的所有光 学元件^7K平面、即x-y平面布置，其中入射^i逢开口simfi，平行于z轴；ffit^a如下，在X轴方向上，依据光谱舰寸，^A射麟与柱纖二者之间距离为2-3cm， ^顿ZEMAX软 件进行优化，得到CCD探测器处的最佳效果；在Y轴方向上，以狭H^在X-Z平面为中心，左右M^置；在z轴方向上，使^i镜的M&与mm缝的竖直中心的光重合，这样以解 散问题。
全文摘要
一种利用柱透镜进行像散纠正的光谱仪。该光谱仪包括入射狭缝、柱面透镜、凹面准直反射镜、平面光栅、凹面聚焦反射镜和线阵列CCD探测器，入射光束依次经入射狭缝和柱面透镜后，照射到凹面准直反射镜上，经凹面准直反射镜反射的光束平行照射到平面光栅上，经该平面光栅分光后的光束照射到聚焦反射镜上，并被聚焦到线阵列CCD探测器上。本发明使用柱透镜聚焦，纠正光谱仪像散，相比目前常采用的光谱仪光路，在成本提高不多的情况下，提高了光谱仪的测量灵敏度。该仪器具有体积小，价格低廉的特点。
文档编号G01J3/28GK101634591SQ20091007017
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者徐晓轩, 斌 王 申请人:南开大学