專利名稱：一體化傅立葉光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及科學(xué)儀器，尤其是一種光譜儀器。
背景技術(shù)：
光譜儀是一種重要而常用的科學(xué)儀器，用于對(duì)光源和物質(zhì)進(jìn)行精密的分析。為了提 高儀器的分析靈敏度、精度和速度等性能，不斷有人采用新的技術(shù)和器件改進(jìn)光譜儀。
如王柯敏等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(CCD光柵集成全波長(zhǎng)光譜儀，專利號(hào)CN01114410.6)， 溫志渝等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(集成化微型光譜儀，專利號(hào)CN02119512.9)，袁洪福等設(shè)計(jì) 的發(fā)明專利(在線近紅外光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N02125852,X)，劉木清設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(手 持式光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N01254633.X)，劉木清等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(一種0.7-1.7微米波 段的近紅外光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N03270366.X)。在上述設(shè)計(jì)均為光柵光譜儀，采用光柵和 CCD (電荷耦合器件)作為來提高光譜儀的性能。CCD具有快速的優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)于光電 倍增管等其他光電器件，CCD的靈敏度要低很多，在分析某些物質(zhì)成分時(shí)仍顯不足。反 之，傅立葉光譜儀具有高靈敏度的特點(diǎn)，但需要精密的運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量速度 緩慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)一種既具高速度，又具 高靈敏度，還不需運(yùn)動(dòng)部件，不需要調(diào)整的新型光譜儀。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一體化傅立葉光譜儀，包括一個(gè)分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述分束棱鏡為一種 近似直角分束棱鏡，包括第一和第二兩個(gè)相鄰平面，分束面平分該兩個(gè)平面之間所形成
的近似直角而非直角的夾角，該夾角與直角之差小于r ，被測(cè)平行光到達(dá)所述分束棱鏡
之后，分成兩部分， 一部分透過分束面后到達(dá)第二平面(B)，由該平面反射后再由分束 面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后到達(dá)第一平面(A)，經(jīng)該平面
反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。
上述傅立葉光譜儀，其中的陣列式光敏器件可以為面陣CCD、面陣CMOS圖像傳感 器或?yàn)槲⑼ǖ狸嚵泄怆姳对龉躊MT。當(dāng)兩個(gè)反射平面的夾角為銳角時(shí)，述陣列式光敏器 件還可以采用線陣CCD。
本發(fā)明改進(jìn)麥克耳遜干涉儀的設(shè)計(jì)，以一個(gè)近似直角分束棱鏡的部件，替代在麥克 耳遜干涉儀中的分束鏡和兩面反射鏡，在分束棱鏡的兩個(gè)相鄰的透射面鍍上反射膜，并 將其中之一或兩面有意制成一定的傾斜度。該分束棱鏡以分束面為對(duì)稱面呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明以陣列式光敏器件，如CCD或CMOS圖像傳感器作為光電信號(hào)檢測(cè)器件，作為 接收器件，使得光敏器件的每個(gè)(列)象素接收到從兩個(gè)反射面反射回來的光束的光程 差都不同，陣列式光電器件在接收到不同光程差的干涉信號(hào)后，通過傅立葉變換，可以 實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量。此種設(shè)計(jì)，使得光譜儀的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，由于分束棱鏡采用以分束面為 對(duì)稱面的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而易于實(shí)現(xiàn)分束棱鏡規(guī)格化生產(chǎn)。本發(fā)明的光譜儀，不需運(yùn)動(dòng)部 件，不需要調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)高速度高靈敏度光譜分析。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光路原理圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光路原理圖。
附圖標(biāo)記
1為分束棱鏡 2為陣列式光敏器件
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。 本發(fā)明傅立葉光譜儀的實(shí)施例一
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例一采用分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一A 和第二B兩個(gè)互成夾角的鍍有反射膜的平面，此夾角為近似直角的銳角，大于89°且小 于90° ，例如取90.5° ,且分束面平分該夾角。
參見圖1，被測(cè)平行光通過分束棱鏡1分成兩部分， 一部分透過分束面到達(dá)分束棱 鏡的平面B，平面B鍍有反射膜構(gòu)成反射鏡，由平面B反射后再由分束面反射達(dá)到陣列 式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到達(dá)分束棱鏡的平面A，平面A也鍍有反射膜 構(gòu)成反射鏡，但平面A、 B與光束并非如直角分束棱鏡與光軸垂直，而是有一定的傾斜 角度，傾斜方向如圖所示，因而這部分光在平面A反射后與平面B反射的光束具有不同 的光程差，透過分束面后到達(dá)陣列式光敏器件2，陣列式光敏器件2接收到的兩個(gè)平面反 射回來的千涉光，通過對(duì)陣列式光敏器件2得到的光電信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，便可得到 被測(cè)光的頻譜。
陣列式光敏器件可以采用線陣的CCD光敏傳感器，也可以采用面陣的CCD光敏(圖 像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他 的面陣光敏(圖像)傳感器，如陣列式光電倍增管(PMT)等。
在采用面陣光敏(圖像)傳感器時(shí)，與光柵刻槽方向相同(或說接收同一刻槽反射 光)象素檢測(cè)到的信號(hào)可以疊加之后再進(jìn)行傅立葉變換，可以大幅度提高光譜儀的靈敏 度和光譜幅值的精度。
本發(fā)明傅立葉光譜儀的實(shí)施例二 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例二釆用分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一A 和第二B兩個(gè)互成夾角的鍍有反射膜的平面，此夾角為近似直角的銳角，大于卯。且小 于91° ，例如取90.5° ，且分束面平分該夾角。
參見圖2，被測(cè)平行光通過分束棱鏡1分成兩部分， 一部分透過分束面到達(dá)分束棱 鏡的平面B，另一部分光由分束面反射到達(dá)分束棱鏡的平面A，平面A 、 B鍍有反射膜 構(gòu)成反射鏡，但平面A、 B并非如直角分束棱鏡那樣與光軸垂直，而是有一定的傾斜角 度，傾斜方向如圖所示，并使得陣列式光敏器件2每個(gè)象素接收到的兩個(gè)平面反射回來 的干涉光的光程差均不相同，通過對(duì)陣列式光敏器件2得到的光電信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換， 便可得到被測(cè)光的頻譜。
陣列式光敏器件可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像) 傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陣列 式光電倍增管(PMT)等。
在采用面陣光敏(圖像)傳感器時(shí)，與光柵刻槽方向相同(或說接收同一刻槽反射 光)象素檢測(cè)到的信號(hào)可以疊加之后再進(jìn)行傅立葉變換，可以大幅度提高光譜儀的靈敏 度和光譜幅值的精度。
需要說明的是，本發(fā)明屬于一種組合發(fā)明，是一種在技術(shù)應(yīng)用上具有創(chuàng)新性的發(fā)明， 其中所涉及的光柵和光敏(圖像)傳感器等，都屬于已有技術(shù)并且已有多種形式和應(yīng)用。 在此不對(duì)其細(xì)部特征再作敘述。
此外，這里以本發(fā)明的實(shí)施例為中心展開了詳細(xì)的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些 特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)理解為本說明書僅僅是通過給出實(shí)施例的方式來描述本發(fā)明，實(shí) 際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細(xì)節(jié)上會(huì)有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形 和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一體化傅立葉光譜儀，包括一個(gè)分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一和第二兩個(gè)相鄰平面，分束面平分該兩個(gè)平面之間所形成的近似直角而非直角的夾角，該夾角與直角之差小于1°，被測(cè)平行光到達(dá)所述分束棱鏡之后，分成兩部分，一部分透過分束面后到達(dá)第二平面(B)，由該平面反射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后到達(dá)第一平面(A)，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面陣ccd。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面陣 cmos圖像傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1任意一項(xiàng)所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為微 通道陣列光電倍增管pmt。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述夾角為銳角，所述陣列式光敏 器件為線陣ccd。
全文摘要
本發(fā)明屬于光譜儀器技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種一體化傅立葉光譜儀，包括分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述分束棱鏡為一種近似直角分束棱鏡，包括第一和第二兩個(gè)相鄰平面，分束面平分該兩個(gè)平面之間所形成的近似直角而非直角的夾角，該夾角與直角之差小于1°，第一平面(A)與第二平面(B)均為階梯形反射光柵面，被測(cè)平行光到達(dá)所述分束棱鏡之后，分成兩部分，一部分透過分束面后到達(dá)第二平面(B)，由該平面反射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后到達(dá)第一平面(A)，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。本發(fā)明提供的光譜儀，構(gòu)造極為簡(jiǎn)單，既具高速度，穩(wěn)定可靠，又具高靈敏度和高分辨率，還不需運(yùn)動(dòng)部件。
文檔編號(hào)G01J3/45GK101303255SQ20081005335
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者娟 何, 張鳳美, 剛 李, 凌 林, 許榮杰, 凱 趙, 邢賀新 申請(qǐng)人:天津大學(xué)