專利名稱：一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器的聚焦成像系統(tǒng)，具體是光譜儀器的聚焦成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光譜儀器是一種常用的科學(xué)儀器，它的基本作用是測定被研究光的光譜組 成，包括光波波長、強度、輪廓和寬度?，F(xiàn)有光譜儀器有多種形式，采用棱鏡或光柵分光的光譜儀器都是由準(zhǔn)直系統(tǒng)3，色散系統(tǒng)4，聚焦成像系統(tǒng)6及接收 系統(tǒng)7組成的。準(zhǔn)直系統(tǒng)，色散系統(tǒng)，成像系統(tǒng)均可以各自或同時采用反射式， 準(zhǔn)直系統(tǒng)，色散系統(tǒng)和成像系統(tǒng)之中的兩者或三者也可能重合成一個系統(tǒng)，從 而形成多種多樣的光譜儀器結(jié)構(gòu)。光譜儀器(圖1所示)的工作原理是被測光被引入到狹縫1上，光通過 狹縫和準(zhǔn)直鏡2，變成平行光再投射到色散系統(tǒng)4，通過色散系統(tǒng)，不同波長的 光被分散成不同方向的平行光，再經(jīng)過聚焦成像鏡5，不同波長的光被聚焦成像 到像面上不同的位置，像面上得到了各波長的狹縫像。接收系統(tǒng)7接收到不同 位置的光強也就得到了各波長的光輻射值。接收系統(tǒng)可以是人眼，膠片或光電 轉(zhuǎn)換裝置；其中光電轉(zhuǎn)換裝置又可以是單個光電轉(zhuǎn)換器件加上相應(yīng)的處理電路 和多個光電轉(zhuǎn)換器的陣列(如CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器，光電二極管 陣列)加上相應(yīng)的處理電路。在其他條件不變的前提下，擴大狹縫以攝入更多 的光能量可以提高光譜儀器的靈敏度，但是擴大狹縫的寬度(圖1紙面的上下 方向)會導(dǎo)致光譜儀器的分辨率的下降；而增加狹縫的高度(與圖1紙面垂直 的方向)必須同時增加接收系統(tǒng)接收傳感面的高度，因為現(xiàn)在光譜儀器的聚焦 成像系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)對稱的，它的縱向橫向放大率是一致的，要保證分辨率不改變，必須保證橫向放大率不變，那么縱向放大率也不能改變。所以狹縫的高度增加，其像的高度也隨之增加了，接收系統(tǒng)接收傳感面的高度也要跟著增加，這不僅會增大成本，特別是采用多個光電轉(zhuǎn)換器的陣列的接收系統(tǒng)；而且，增加接收傳感面的高度也就是說增大了傳感面的面積，器件噪聲也可能增大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種光譜儀 器的改進，該光譜儀應(yīng)具有靈敏度高、分辨率高的特點。 本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，設(shè)置在光譜儀的色散系 統(tǒng)與接收系統(tǒng)之間，其特征在于所述的聚焦成像系統(tǒng)包括橫向聚焦成像系統(tǒng) 和縱向聚焦成像系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)相互垂直獨立設(shè)置，經(jīng)色散系統(tǒng)分散的平行光 依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)后，由接收系統(tǒng)接所述的橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)分別由縱向設(shè)置的柱面鏡系 統(tǒng)和橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)構(gòu)成，使得經(jīng)過色散系統(tǒng)的光先進行橫向聚焦成像， 然后進行縱向聚焦成像。所述的縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)的放大率大于橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)的放大率。所述的縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凸柱面透鏡系統(tǒng)。 所述的縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凹柱面反射鏡。 所述的橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凸柱面透鏡系統(tǒng)。 所述的橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凹柱面反射鏡。本發(fā)明的工作原理是由于光譜儀中的聚焦成像系統(tǒng)由兩個相互垂直獨立的柱面鏡系統(tǒng)組成，從色散系統(tǒng)過來的不同方向的平行光首先經(jīng)過縱向設(shè)置的 柱面鏡系統(tǒng)，只進行了橫向聚焦(縱向沒有變化)，然后穿過橫向設(shè)置的柱面鏡 系統(tǒng)，這些光線又一次進行了縱向聚焦(橫向沒有變化)，最后投射到像面上， 由接收系統(tǒng)接收。本發(fā)明提供的光譜儀器聚焦成像系統(tǒng)，由于縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)與橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)的放大率不同，所以通過減小縱向放大率，使縱向的光盡量集中，從而明顯提高儀器的靈敏度；同時又由于橫向聚焦與縱向聚焦是相互獨立的，很容易通過調(diào)整縱向聚焦的柱面鏡系統(tǒng)和橫向聚焦的柱面鏡系統(tǒng)的相對位置來使橫向像面和縱向像面重合，從而確保儀器具有較高的分辨率。


圖1是現(xiàn)有光譜儀的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一種實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明另一種實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細(xì)說明。 一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，設(shè)置在光譜儀的色散系 統(tǒng)與接收系統(tǒng)之間，包括橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)，橫向聚焦成 像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)相互垂直獨立設(shè)置；經(jīng)過色散系統(tǒng)4的平行光先在 橫向(狹縫寬度的方向)聚焦，再在縱向(狹縫高度的方向)聚焦；使縱向像 面和橫向像面重合，由接收系統(tǒng)7接收。由于橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)成像被調(diào)整在同一個像面上， 縱向聚焦成像系統(tǒng)的焦距小于橫向聚焦成像系統(tǒng)的焦距，因此，縱向放大率當(dāng)小于橫向放大率。具體的工作過程是(如圖3、圖4所示)被測光通過狹縫1，被準(zhǔn)直鏡(凸 透鏡，焦距fJ轉(zhuǎn)換成平行光再投射到色散系統(tǒng)上，經(jīng)過色散系統(tǒng)不同波長的 光被分散成不同方向的平行光；這些平行光首先經(jīng)過橫向聚焦成像系統(tǒng)進行橫 向聚焦(橫向焦距f。h)，然后經(jīng)過縱向聚焦成像系統(tǒng)進行縱向聚焦(縱向焦距fOT)，聚焦在同一像面上，橫向放大率Kh= f。h/f"縱向放大率Kv= f。v/fi;因 此當(dāng)我們縮短f。v時，縱向放大率Kv減小，使光在縱向方向上更加集中，從而提 高儀器的靈敏度；同時又由于橫向聚焦系統(tǒng)與縱向聚焦系統(tǒng)是相互獨立的，橫 向放大率Kh可以保持不變，而且可以通過調(diào)整縱向聚焦系統(tǒng)和橫向聚焦系統(tǒng)的 相對位置(儀器出廠前，需進行調(diào)整，然后固定不變)使橫向像面和縱向像面 重合，從而保證儀器分辨率不受到影響。以上所述的橫向聚焦系統(tǒng)與縱向聚焦系統(tǒng)，具體可采用柱面鏡系統(tǒng)；可以 是凸柱面透鏡系統(tǒng)，也可以是凹柱面反射鏡，因此可以設(shè)計成不同的光路形式； 圖2、圖3所示的結(jié)構(gòu)是橫向聚焦系統(tǒng)與縱向聚焦系統(tǒng)均采用凸柱面透鏡系統(tǒng)， 圖4、圖5所示的結(jié)構(gòu)是橫向聚焦系統(tǒng)采用凹柱面反射鏡，縱向聚焦系統(tǒng)采用凸 柱面透鏡系統(tǒng)。實施例一透射結(jié)構(gòu)形式的光譜儀器聚焦成像系統(tǒng)(圖2、圖3): 該光譜儀器聚焦成像系統(tǒng)，設(shè)置在光譜儀器的色散系統(tǒng)與接收系統(tǒng)之間，包括縱向設(shè)置的凸柱面透鏡系統(tǒng)8 (柱面的母線為縱向)和橫向設(shè)置的凸柱面透鏡系統(tǒng)9 (柱面的母線為橫向)，凸柱面透鏡系統(tǒng)8和凸柱面透鏡系統(tǒng)9相互垂直，經(jīng)過色散系統(tǒng)4的平行光依次通過兩個柱面鏡系統(tǒng)后，投射到像面上，由接收系統(tǒng)7接收。實施例二反射結(jié)構(gòu)形式的光譜儀器聚焦成像系統(tǒng)(圖4、圖5):被測光通過狹縫1，被凹球面反射鏡10反射成平行光再投射到平面反射光柵ll (色散系統(tǒng))；經(jīng)過光柵，不同波長的光被分散成不同方向的平行光，再經(jīng) 過縱向設(shè)置的凹柱面反射鏡12的反射，這些平行光在橫向被聚焦(縱向不變)， 接著繼續(xù)穿越橫向設(shè)置的凸柱面透鏡系統(tǒng)13，又在縱向被聚焦，最后成像到像 面14上的不同位置，由接收系統(tǒng)接收。尚需說明的是；為圖面清晰，圖4中除聚焦成像系統(tǒng)之外其余元氣件全部 予以省略。所述的凸柱面透鏡系統(tǒng)和凹柱面反射鏡均可外購。本發(fā)明不局限于上述具體實施方式
，主要涉及的改進點是聚焦成像系統(tǒng)包 括縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)構(gòu)成橫向聚焦成像系統(tǒng)和橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)構(gòu)成 縱向聚焦成像系統(tǒng)，使通過狹縫1被測光，先在狹縫1的寬度方向進行聚焦， 再在狹縫1的高度方向進行聚焦，并通過調(diào)整縱向聚焦系統(tǒng)和橫向聚焦系統(tǒng)的 相對位置，使橫向像面和縱向像面重合，從而在保證儀器分辨率不變的前提下 提高光譜儀器的靈敏度。所以無論準(zhǔn)直系統(tǒng)，色散系統(tǒng)，成像系統(tǒng)采用的是透 射形式還是反射形式，均落在本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1、一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，設(shè)置在光譜儀的色散系統(tǒng)(4)與接收系統(tǒng)(7)之間，其特征在于所述的聚焦成像系統(tǒng)(6)包括橫向聚焦成像系統(tǒng)(8)和縱向聚焦成像系統(tǒng)(9)，兩個系統(tǒng)相互垂直設(shè)置，經(jīng)色散系統(tǒng)分散的平行光依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)后，由接收系統(tǒng)接收。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)， 其特征在于所述橫向聚焦成像系統(tǒng)(8)和縱向聚焦成像系統(tǒng)(9)分別由縱 向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)和橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)構(gòu)成，使得經(jīng)過色散系統(tǒng)(4)的 光先進行橫向聚焦成像，然后進行縱向聚焦成像。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像 系統(tǒng)，其特征在于所述縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)的放大率大于橫向設(shè)置的柱面 鏡系統(tǒng)的放大率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，其特征在于所述的縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凸柱面透鏡系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，其特征在于所述的縱向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凹柱面反射鏡。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，其特征在于所述的橫向設(shè)置的柱面鏡系統(tǒng)為凸柱面透鏡系統(tǒng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器的聚焦成像系統(tǒng)。所要解決的技術(shù)問題是該光譜儀應(yīng)具有靈敏度高、分辨率高的特點。技術(shù)方案是一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統(tǒng)，設(shè)置在光譜儀的色散系統(tǒng)與接收系統(tǒng)之間，其特征在于所述的聚焦成像系統(tǒng)包括橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)相互垂直獨立設(shè)置，經(jīng)色散系統(tǒng)分散的平行光依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統(tǒng)和縱向聚焦成像系統(tǒng)后，由接收系統(tǒng)接收。
文檔編號G01J3/28GK101324467SQ20081006265
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者潛 虞 申請人:潛 虞