一种摄谱仪的制作方法

本实用新型涉及光谱分析技术领域，尤其涉及一种摄谱仪。

背景技术：

摄谱仪是原子发射光谱分析中，试样激发后将光源的复合光经色散分解为不同波长的光谱线，并用感光板记录下来的装置。在光学研究领域，摄谱仪的应用广泛。目前市场上有很多原始设备制造商(简称OEM)版的小焦距摄谱仪，其波段范围有紫外可见(简称UV-VIS)波段和可见近红外(简称VIS-NIR)波段，但是摄谱范围覆盖紫外短波红外(简称UV-SWIR)波段的光谱仪还较难实现。虽然近几年有厂家陆续推出UV-SWIR摄谱仪，但是方案中采用的光学元件加工难度系数高，成本高，无法达到量产的效果。

例如，如图1所示，目前市面上推出的UV-SWIR摄谱仪，其入射光101经过狭缝部件102到达球面准直镜103；经过球面准直镜103准直投射后，由狭缝部件102的背面反射到二向色镜104处；在二向色镜104处，短波红外的光105透过二向色镜104、短波红外光栅106和一组第一折射透镜组107后，会聚在短波红外焦平面探测器108上；而在二向色镜104处，近红外和可见波段的光109经过二向色镜104反射，经过可见近红外光栅110和一组第二折射透镜组111后，会聚在可见近红外焦平面探测器112上。而图1所示的摄谱仪方案存在诸多缺点，如：①狭缝部件102需要在中心位置打孔，且需要在背面镀高反射膜，加工难度较大，且成本较高；②短波红外光栅106和可见近红外光栅110一般采用的是透射光栅的方式，而透射光栅的加工难度较大；③图1所示的摄谱仪的结构采用的是透射光路结构，光谱输入较宽，色差较大，需要采用第一折射透镜组107和第二折射透镜组111这样的消色差透镜组，提高了元器件的成本。

可见，现有技术中的UV-SWIR摄谱仪的实现，需要的加工工艺难度较大，且成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种摄谱仪，以解决现有技术中的UV-SWIR摄谱仪的实现，需要的加工工艺难度较大，且成本较高的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种摄谱仪，包括第一凹面反射镜、平面反射镜、二向色镜、第一光栅、第二凹面反射镜、第一CCD、第二光栅、第三凹面反射镜以及第二CCD；

入射光经过所述第一凹面反射镜进行准直处理后，经过所述平面反射镜反射至所述二向色镜；

到达所述二向色镜的短波红外波段光透过所述二向色镜，投射到第一光栅处，经过第一光栅衍射后，到达所述第二凹面反射镜，并由所述第二凹面反射镜反射至所述第一CCD处；

到达所述二向色镜的紫外可见近红外波段光经过所述二向色镜反射至所述第二光栅处，经过第二光栅衍射后，到达所述第三凹面反射镜，并由所述第三凹面反射镜反射至所述第二CCD处。

具体的，所述第一光栅和第二光栅均为平面反射光栅。

具体的，所述第一CCD和第二CCD均为科研级制冷型CCD。

具体的，所述第一凹面反射镜、平面反射镜、二向色镜、第一光栅、第二凹面反射镜、第一CCD、第二光栅、第三凹面反射镜以及第二CCD封装于一整机封装结构中。

本实用新型实施例提供的摄谱仪，采用经典反射型C-T结构，即第一凹面反射镜和第二凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第一光栅作为色散元件，第一凹面反射镜和第三凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第二光删作为色散元件，使得摄谱仪的结构简单，成本可以得到有效的控制，另一方面降低光学元件的加工难度，避免采用消色差透镜组消除色差的方案带来的成本较高的问题。同时，采用第一光栅、第二凹面反射镜、第一CCD结合和第二光栅、第三凹面反射镜、第二CCD结合，形成两侧相同的光谱仪结构，搭配二向色镜分光，搭配两个波段的第一光栅和第二光删，可以在不改变分辨率的情况下实现宽光谱摄谱。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的UV-SWIR摄谱仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的摄谱仪的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实用新型实施例提供一种摄谱仪20，包括第一凹面反射镜201、平面反射镜202、二向色镜203、第一光栅204、第二凹面反射镜205、第一CCD206、第二光栅207、第三凹面反射镜208以及第二CCD209。其中，CCD(Charge-Coupled Device)为探测元件，或称为电荷耦合元件。

如图2所示，入射光30(其波段范围为300nm至1700nm)经过所述第一凹面反射镜201进行准直处理后，经过所述平面反射镜202反射至所述二向色镜203。

入射光30可分为短波红外波段光(即UV-SWIR，波段范围为1050nm至1700nm)和紫外可见近红外波段光(即UV-VIS和VIS-NIR，波段范围为300nm至1050nm)。

这样，到达所述二向色镜的短波红外波段光透过所述二向色镜203，投射到第一光栅204处，经过第一光栅204衍射后，到达所述第二凹面反射镜205，并由所述第二凹面反射镜205反射至所述第一CCD206处。

到达所述二向色镜的紫外可见近红外波段光经过所述二向色镜203反射至所述第二光栅207处，经过第二光栅207衍射后，到达所述第三凹面反射镜208，并由所述第三凹面反射镜208反射至所述第二CCD209处。

这样，通过第一CCD206和第二CCD209得到的信号进行数据处理，将两个CCD得到的信号进行组合，即可实现宽光谱测试，其具体过程在此处不赘述。

值得说明的是，本实用新型实施例中的二向色镜203对波段范围为1050nm至1700nm的光的透射率可达90％，而对波段范围为300nm至1050nm的光的反射率可达90％，该二向色镜203可以提升全波段光谱的通光量。

具体的，所述第一光栅204和第二光栅207均为平面反射光栅。从而使得第一凹面反射镜和第二凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第一光栅作为色散元件，构成经典反射型C-T结构(Czerny-Turner，切尼-特纳光路结构)。使得第一凹面反射镜和第三凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第二光删作为色散元件，构成经典反射型C-T结构，使得摄谱仪的结构简单，成本可以得到有效的控制，提高摄谱仪的信噪比。

具体的，所述第一CCD206和第二CCD209均为科研级制冷型CCD。科研级制冷型CCD能够降低CCD芯片温度，从而非常适合极微弱光图像的采集，提高了摄谱仪整体的信噪比。

具体的，如图2所示，所述第一凹面反射镜201、平面反射镜202、二向色镜203、第一光栅204、第二凹面反射镜205、第一CCD206、第二光栅207、第三凹面反射镜208以及第二CCD209封装于一整机封装结构210中。通过整机封装结构210，可避免第一CCD206和第二CCD209分别所属的两台相对独立的光谱仪各自分离，在使用时较为不便利的问题。

本实用新型实施例提供的摄谱仪，采用经典反射型C-T结构，即第一凹面反射镜和第二凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第一光栅作为色散元件，第一凹面反射镜和第三凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，第二光删作为色散元件，使得摄谱仪的结构简单，成本可以得到有效的控制，另一方面降低光学元件的加工难度，避免采用消色差透镜组消除色差的方案带来的成本较高的问题。同时，采用第一光栅、第二凹面反射镜、第一CCD结合和第二光栅、第三凹面反射镜、第二CCD结合，形成两侧相同的光谱仪结构，搭配二向色镜分光，搭配两个波段的第一光栅和第二光删，可以在不改变分辨率的情况下实现宽光谱摄谱。这样，本实用新型实施例可以实现一个紧凑型高分辨率宽光谱摄谱仪。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。