[发明专利]一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学仪器的聚焦成像系统，具体是光谱仪器的聚焦成像系统。

背景技术

光谱仪器是一种常用的科学仪器，它的基本作用是测定被研究光的光谱组成，包括光波波长、强度、轮廓和宽度。现有光谱仪器有多种形式，采用棱镜或光栅分光的光谱仪器都是由准直系统3，色散系统4，聚焦成像系统6及接收系统7组成的。准直系统，色散系统，成像系统均可以各自或同时采用反射式，准直系统，色散系统和成像系统之中的两者或三者也可能重合成一个系统，从而形成多种多样的光谱仪器结构。

光谱仪器(图1所示)的工作原理是：被测光被引入到狭缝1上，光通过狭缝和准直镜2，变成平行光再投射到色散系统4，通过色散系统，不同波长的光被分散成不同方向的平行光，再经过聚焦成像镜5，不同波长的光被聚焦成像到像面上不同的位置，像面上得到了各波长的狭缝像。接收系统7接收到不同位置的光强也就得到了各波长的光辐射值。接收系统可以是人眼，胶片或光电转换装置；其中光电转换装置又可以是单个光电转换器件加上相应的处理电路和多个光电转换器的阵列(如CCD图像传感器，CMOS图像传感器，光电二极管阵列)加上相应的处理电路。在其他条件不变的前提下，扩大狭缝以摄入更多的光能量可以提高光谱仪器的灵敏度，但是扩大狭缝的宽度(图1纸面的上下方向)会导致光谱仪器的分辨率的下降；而增加狭缝的高度(与图1纸面垂直的方向)必须同时增加接收系统接收传感面的高度，因为现在光谱仪器的聚焦成像系统是旋转对称的，它的纵向横向放大率是一致的，要保证分辨率不改变，必须保证横向放大率不变，那么纵向放大率也不能改变。所以狭缝的高度增加，其像的高度也随之增加了，接收系统接收传感面的高度也要跟着增加，这不仅会增大成本，特别是采用多个光电转换器的阵列的接收系统；而且，增加接收传感面的高度也就是说增大了传感面的面积，器件噪声也可能增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种光谱仪器的改进，该光谱仪应具有灵敏度高、分辨率高的特点。

本发明提出的技术方案是：

一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统与接收系统之间，其特征在于：所述的聚焦成像系统包括横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统，两个系统相互垂直独立设置，经色散系统分散的平行光依次通过相互垂直的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统后，由接收系统接收。

所述的横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统分别由纵向设置的柱面镜系统和横向设置的柱面镜系统构成，使得经过色散系统的光先进行横向聚焦成像，然后进行纵向聚焦成像。

所述的纵向设置的柱面镜系统的放大率大于横向设置的柱面镜系统的放大率。

所述的纵向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。

所述的纵向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。

所述的横向设置的柱面镜系统为凸柱面透镜系统。

所述的横向设置的柱面镜系统为凹柱面反射镜。

本发明的工作原理是：由于光谱仪中的聚焦成像系统由两个相互垂直独立的柱面镜系统组成，从色散系统过来的不同方向的平行光首先经过纵向设置的柱面镜系统，只进行了横向聚焦(纵向没有变化)，然后穿过横向设置的柱面镜系统，这些光线又一次进行了纵向聚焦(横向没有变化)，最后投射到像面上，由接收系统接收。

本发明提供的光谱仪器聚焦成像系统，由于纵向设置的柱面镜系统与横向设置的柱面镜系统的放大率不同，所以通过减小纵向放大率，使纵向的光尽量集中，从而明显提高仪器的灵敏度；同时又由于横向聚焦与纵向聚焦是相互独立的，很容易通过调整纵向聚焦的柱面镜系统和横向聚焦的柱面镜系统的相对位置来使横向像面和纵向像面重合，从而确保仪器具有较高的分辨率。

附图说明

图1是现有光谱仪的光路结构示意图。

图2是本发明一种实施例的主视结构示意图。

图3是图2实施例的俯视结构示意图。

图4是本发明另一种实施例的主视结构示意图。

图5是图4实施例的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的实施例作进一步的详细说明。

一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统，设置在光谱仪的色散系统与接收系统之间，包括横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统，横向聚焦成像系统和纵向聚焦成像系统相互垂直独立设置；经过色散系统4的平行光先在横向(狭缝宽度的方向)聚焦，再在纵向(狭缝高度的方向)聚焦；使纵向像面和横向像面重合，由接收系统7接收。