[实用新型]一种紧凑型光谱采集装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及光谱仪的光谱分析及成像技术，尤其涉及一种紧凑型光谱采集装置。

背景技术：

光谱仪是对物质的光谱重要特征进行精密分析的装置，也是分析物质组成成分及结构的强有力工具。近几年来，光谱仪的小型化发展十分迅速，目前已报道了多种小型化光谱仪，如基于新型滤波技术的光谱仪、微加工光栅光谱仪、光纤光谱仪等等，但在传统的棱镜或光栅光谱仪器中, 往往存在一个偏转角问题, 即入射光束和出射光谱不在同一条轴线上。这样的系统属于典型的离轴光学系统, 存在着结构体积大、装调困难、稳定性差等缺陷。

与传统的光谱仪器相比，小型化光谱仪在工作原理上大致相同，但是需要解决小型化和集成化的问题，当前光谱仪器系统结构小型化的主要途径是通过集成加工，仅利用一个或较少的小型化的元件来实现整体系统的小型化。但是这种小型化光谱仪设计方式存在着制造成本高、加工工艺复杂、光谱仪器性能较差等缺点。

发明内容：

本实用新型所要解决的主要问题是如何以比较简易的制造工艺，在较低的制造成本和调节难度的条件下，减小光谱仪结构的体积，设计出一种紧凑型光谱采集装置，实现较高光谱分辨性能的光谱采集。

本实用新型解决以上技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提出一种紧凑型光谱采集装置，包括光纤、光纤准直器、棱栅、第一套筒、第二套筒、第三套筒、聚焦透镜组、驱动信号电缆、数据传输线缆、第一固定旋钮、第二固定旋钮、线阵电荷耦合器件CCD；

其中：所述第三套筒为一端开口、横向放置的U型套筒，所述线阵电荷耦合器件CCD设置在第三套筒中与其开口端相对的底边上；

所述第二套筒由分别与第三套筒的上下平行的两个侧壁的内侧紧贴、相对设置的第一基板、第二基板组成，其中所述第一基板、第二基板的一端伸出第三套筒的开口端，所述第一、第二基板的另一端与所述第三套筒的底边保持一定距离，不与所述线阵电荷耦合器件CCD接触；第一基板通过第二固定旋钮与第三套筒的上侧壁的开口端固定，在所述第一基板、第二基板的内壁上分别设置有凸出部，所述凸出部将第二套筒分割成第一腔体、第二腔体； 

所述第一套筒由分别与第一基板、第二基板上位于第一腔体内的内壁紧贴、相对设置的第三基板、第四基板组成；其中第三基板通过第一固定旋钮与第一基板的一端固定；

所述光纤准直器设置在第一套筒中远离第二腔体的一端；所述棱栅设置在第一套筒中靠近第二腔体的一端，与光纤准直器保持一定距离；所述聚焦透镜组设置在第二腔体内；所述光纤连接在光纤准直器上；

所述驱动信号电缆的一端、数据传输线缆的一端分别穿过所述第三套筒的底边与线阵电荷耦合器件CCD相连接，所述驱动信号电缆的另一端、数据传输线缆的另一端与外部上位计算机相连接。

作为本实用新型的一种紧凑型光谱采集装置的进一步优化方案，所述聚焦透镜组采用经过改进的柯克三片式透镜组，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；

其中所述第一透镜的一侧上下两端分别与所述第一、第二基板上的凸出部卡接，所述第一透镜的另一侧和第二透镜的一侧胶合在一起，所述第三透镜的两端分别采用固定环与第二透镜的另一侧、第四透镜的一侧的上下两端连接，所述第四透镜的另一侧和第五透镜的一侧胶合在一起，所述第五透镜的另一侧的上下两端分别采用固定环与第一、第二基板的内壁连接。

作为本实用新型的一种紧凑型光谱采集装置的进一步优化方案，所述棱栅由第一棱镜、光栅基片、光栅、光栅保护玻璃、第二棱镜组成；其中，所述光栅基片、光栅保护玻璃分别设置在光栅的两侧，所述第一棱镜和光栅基片胶合在一起，所述第二棱镜和光栅保护玻璃胶合在一起。

作为本实用新型的一种紧凑型光谱采集装置的进一步优化方案，所述线阵电荷耦合器件CCD采用法国Atmel公司生产的Aviiva SM2型线阵电荷耦合器件CCD。

本实用新型具有以下优点：

1．通过采用基于棱栅的分光光路，使出射光谱中心波长光的主光线与入射光束的主光线同处在聚焦透镜组的光轴上，实现光谱采集系统各个部件的共轴安置，具有结构紧凑、体积小、便于携带等优点。

2．通过采用三层套筒的结构，第一套筒、第二套筒和第三套筒之间可以进行相对调节，调节第二套筒使得聚焦透镜组的入射光谱的反向延长线会聚于该透镜组的物方焦平面上，调节第三套筒使得各个光谱成分精确聚焦于线阵CCD的光敏面上，从而实现对各个光谱成分的精确对焦，提高光谱采集系统的性能。