專利名稱：一種低雜散光多色儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光譜輻射測量和光譜分析裝置，具體涉及一種低雜散光多色儀。
背景技術(shù)：
多色儀一般包括光學(xué)腔、入射狹縫、色散系統(tǒng)和陣列探測器，光束從入射狹縫進入多色儀的光學(xué)腔，經(jīng)色散元件被分光，形成不同波長的色散光線投射到陣列探測器的光敏面上，以檢測光譜功率分布。雜散光是光學(xué)系統(tǒng)中非正常傳輸光的總稱，多色儀的雜散光包括不同衍射級次間的重疊和非預(yù)期的反射，雜散光強度是衡量其性能的一個重要技術(shù)指標。不同衍射級次間的重疊所引起的雜散光可通過濾色鏡濾除，而非期望的反射光線所帶來的雜散光卻難以消除。非期望的反射光產(chǎn)生于光學(xué)腔內(nèi)的各個光學(xué)元件之間以及光學(xué)元件與光學(xué)腔之間，特別是在陣列探測器的光敏面，由于色散光的入射角度小，一次反射光很容易重新進入色散系統(tǒng)，從而帶來可觀的雜散光；此外，非期望的反射光經(jīng)過光學(xué)腔內(nèi)壁的反射，也有可能進入期望光路，帶來雜散光。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種多色儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的部分雜散光難以消除的問題。為達到上述目的，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案
一種低雜散光多色儀，包括光學(xué)腔、入射狹縫、色散系統(tǒng)和陣列探測器，其特征在于，色散系統(tǒng)中的色散元件為光柵，陣列探測器的光敏面與光柵的主截面傾斜相交。上述的光柵的主截面為垂直于光柵刻痕的平面。在現(xiàn)有多色儀中，陣列探測器的光敏面垂直于光柵的主截面，因此光線在陣列探測器的光敏面上極易發(fā)生非期望反射，并進入期望光路，引入雜散光，針對此類雜散光問題，本發(fā)明通過改變多色儀內(nèi)光學(xué)器件的相對位置，使二維陣列探測器的光敏面偏離光柵主截面的垂直面，將原本會產(chǎn)生雜散光的非期望光路的光線反射出期望光路，降低雜散光。本發(fā)明可通過以下技術(shù)特征進一步限定和完善
上述的陣列探測器的光敏面偏離光柵主截面的垂直面一定角度，根據(jù)光學(xué)器件的相對位置，該角度可設(shè)置在2-12°之間，使陣列探測器光敏面上因發(fā)生鏡面反射而產(chǎn)生的反射光斑剛好偏離多色儀內(nèi)的光學(xué)器件，并落在光學(xué)腔內(nèi)壁的一平面上，避免陣列探測器的一次反射光線進入色散系統(tǒng)，降低雜散光。作為優(yōu)選，陣列探測器的光敏面偏離光柵主截面的垂直面在3-10°之間，角度太大，多色儀內(nèi)的光學(xué)器件的擺放不夠緊湊，角度太小，對于機械工藝的精度要求較高。上述的色散系統(tǒng)與陣列探測器之間的光路中設(shè)置與光柵的主截面傾斜相交的濾色片。濾色片對各種光線起著通過、限制和阻止的作用，可選擇性地導(dǎo)通某一波長范圍的波段，并可以消除光柵光譜級次的重疊。濾色片與光柵的主截面傾斜相交。濾色片偏離光柵主截面的垂直平面2-12°之間，使在其表面因反射而產(chǎn)生的非期望光線剛好被反射出期望光路，從而減小雜散光的影響。作為優(yōu)選，濾色片偏離光柵主截面的垂直平面3-10°之間， 該角度范圍內(nèi)，多色儀光學(xué)腔內(nèi)的光學(xué)器件剛好被擺放得緊湊適宜。上述的反射光斑在光學(xué)腔內(nèi)壁投影的平面上安裝等間距的小光闌，光學(xué)腔的內(nèi)壁和小光闌表面均勻地涂上反射率較低的漫反射材料，小光闌的安裝可以增加非期望光線在光學(xué)腔表面的反射次數(shù)，從而大幅減小非期望光線的強度，達到吸光的作用，以降低或消除反射光斑在光學(xué)腔內(nèi)壁上因反射而產(chǎn)生的雜散光。上述的光學(xué)腔內(nèi)壁上安裝小光闌的一面以及小光闌的表面也可以均勻地涂上具有一定鏡面反射率的漫反射材料。此時，在色散系統(tǒng)和陣列探測器之間的光路上，探測器光敏面的前面放置一大光闌，以消除光學(xué)腔內(nèi)壁和小光闌上因反射而產(chǎn)生的雜散光。小光闌和大光闌的搭配使用可以很好地消除因陣列探測器光敏面產(chǎn)生的反射光斑所造成的雜散光。上述的色散系統(tǒng)包括準直元件、色散元件和會聚元件。準直元件將入射光線轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄?。色散元件具有分光功能，可將入射光束分光形成不同波長的光線，如棱鏡、光柵等。會聚元件將來自于色散元件的平行期望光束會聚到二維陣列探測器的光敏面上。上述的色散元件可以是平面光柵，此時準直元件、平面光柵和會聚元件構(gòu)成色散系統(tǒng)；色散元件也可以是凹面光柵，凹面光柵是在高反射金屬凹面上刻劃一系列平行線構(gòu)成的反射式衍射光柵，同時具有分光和聚光能力，與入射狹縫和陣列探測器構(gòu)成多色儀。上述的陣列探測器可以是一維陣列探測器，也可以是二維陣列探測器，二維陣列探測器可以更加精確地實現(xiàn)光譜的測量和分析，并提高光譜的繪制效率。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過調(diào)整光學(xué)器件的相對位置，使探測器的光敏面偏離光柵主截面的垂直面，將原本會產(chǎn)生雜散光的光輻射剛好被反射出期望光路，并在光學(xué)腔內(nèi)壁，反射光斑投影的平面上安裝消光的小光闌，從而大幅降低雜散光。


附圖1為本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4為本發(fā)明的實施例1和2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1
如圖1和圖2所示，一種低雜散光多色儀，包括光學(xué)腔、入射狹縫1、色散系統(tǒng)2和陣列探測器3，本實施例中的色散元件2為凹面光柵，陣列探測器3為二維陣列探測器。在本實施例中定義χ軸和ζ軸二維陣列探測器3的光敏面垂直于光柵2的主截面時，經(jīng)過二維陣列探測器3的中心，與光柵2主截面和二維陣列探測器3光敏面的相交線相平行的軸線為 ζ軸；經(jīng)過二維陣列探測器3的中心，與光柵2主截面和二維陣列探測器3光敏面的相交線相垂直的軸線為χ軸。光線由入射狹縫1射入，經(jīng)色散系統(tǒng)2分光會聚，投射到二維陣列探測器3的光敏面上。ニ維陣列探測器3的光敏面繞ζ軸旋轉(zhuǎn)一角度α，偏離光柵2主截面的垂直面，夾角 α為10°，如圖1和圖2所示，虛線為探測器旋轉(zhuǎn)之前的位置，實線為探測器旋轉(zhuǎn)之后的位置，探測器旋轉(zhuǎn)之前，由色散系統(tǒng)2到達ニ維陣列探測器3上的光線在其光敏面上產(chǎn)生的一次反射光線重新進入光路，經(jīng)色散系統(tǒng)2重新投射到ニ維陣列探測器的光敏面上，從而引入雜散光，雜散光路徑如圖2帶箭頭虛線所示；探測器旋轉(zhuǎn)之后，由色散系統(tǒng)2到達ニ維陣列探測器3上的光線在其光敏面上發(fā)生反射而產(chǎn)生的反射光斑偏離光學(xué)腔內(nèi)的光學(xué)器件， 投影在光學(xué)腔內(nèi)壁上。如圖4所示，反射光斑投影平面上安裝等間距的消光小光闌4，光學(xué)腔的內(nèi)壁和小光闌4表面均勻地涂上反射率低的漫反射材料。如圖2所示，反射光斑經(jīng)光學(xué)腔內(nèi)壁和小光闌4的多次反射后，光輻射能量大幅降低，其所造成的雜散光也因此降低。實施例2
如圖3所示，一種低雜散光多色儀，包括光學(xué)腔、入射狹縫1、色散系統(tǒng)2和陣列探測器 3，本實施例中的色散系統(tǒng)2包括準直元件2-1、色散元件2-2和會聚元件2-3，色散元件2_2 為平面光柵，陣列探測器3為ニ維陣列探測器，在本實施例中定義χ軸和ζ軸ニ維陣列探測器3的光敏面垂直于光柵2的主截面時，經(jīng)過ニ維陣列探測器3的中心，與光柵2主截面和ニ維陣列探測器3光敏面的相交線相平行的軸線為ζ軸；經(jīng)過ニ維陣列探測器3的中心， 與光柵2主截面和ニ維陣列探測器3光敏面的相交線相垂直的軸線為χ軸。光線由入射狹縫1射入，準直元件2-1將入射光線轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄?，色散元?-2將入射光束分光形成不同波長的光線，會聚元件2-3將來自于色散元件2-2的平行期望光束會聚到ニ維陣列探測器3的光敏面上。ニ維陣列探測器3的光敏面繞ζ軸旋轉(zhuǎn)一角度α， 偏離光柵2主截面的垂直面，夾角α為10°。由色散系統(tǒng)2到達ニ維陣列探測器3上的光線在其光敏面上發(fā)生反射而產(chǎn)生的反射光斑投影在光學(xué)腔內(nèi)壁的平面上，如圖4所示，反射光斑投影平面上安裝等間距的消光小光闌4。
權(quán)利要求
1.一種低雜散光多色儀，包括光學(xué)腔、入射狹縫(1)、色散系統(tǒng)(2)和陣列探測器(3)， 其特征在于，色散系統(tǒng)(2)中的色散元件為光柵(2-2)，陣列探測器(3)的光敏面與光柵 (2-2)的主截面傾斜相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的色散系統(tǒng)(2)和陣列探測器(3)之間的光路上設(shè)置濾色片，濾色片與光柵(2-2)的主截面傾斜相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的陣列探測器(3)的光敏面與光柵主截面的垂直面偏離2-12°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，經(jīng)色散系統(tǒng)(2)分光到達陣列探測器(3)的光線，在陣列探測器(3)的光敏面上發(fā)生鏡面反射而產(chǎn)生的反射光斑偏離多色儀光學(xué)腔內(nèi)的光學(xué)器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的光學(xué)腔內(nèi)壁安裝小光闌(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，在光學(xué)腔內(nèi)，所述陣列探測器(3)的反射光斑的投影平面上安裝小光闌(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的光學(xué)腔內(nèi)壁均勻地涂上反射率較低的漫反射材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的光學(xué)腔內(nèi)安裝小光闌(4)的平面以及小光闌(4)上均勻地涂上具有一定鏡面反射率的漫反射材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的色散元件(2-2)是凹面光柵或平面光柵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低雜散光多色儀，其特征在于，所述的陣列探測器(3) 是一維陣列探測器或二維陣列探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低雜散光多色儀，包括光學(xué)腔、入射狹縫、色散系統(tǒng)和陣列探測器，色散系統(tǒng)的色散元件為光柵，陣列探測器的光敏面與光柵的主截面傾斜相交。本發(fā)明通過改變多色儀內(nèi)光學(xué)器件的相對位置，使陣列探測器的光敏面上因發(fā)生非期望反射而產(chǎn)生的雜散光剛好被反射出期望光路，并在光學(xué)腔內(nèi)壁，反射光斑投影的平面上安裝消光的小光闌，從而大幅降低了雜散光。
文檔編號G01J3/02GK102538962SQ20121001568
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者潘建根 申請人:杭州遠方光電信息股份有限公司