[实用新型]光谱仪

说明书

本实用新型提供了一种光谱仪，包括沿光轴方向依次设置的准直透镜、线性渐变滤光片和成像单元，所述准直透镜和所述线性渐变滤光片均可沿光轴的垂直方向移动，所述准直透镜与所述线性渐变滤光片之间沿线性渐变滤光片的渐变方向可相对平移。本实用新型的有益效果在于：提供了一种光谱仪，通过移动光谱仪前端的准直透镜，有效减小了进入线性渐变滤光片的入射光发散角，同时充分利用了线性渐变滤光片中心波长随位置和入射角度双重变化的特点，大大增加了光谱仪的分辨率、光谱范围和灵敏度等指标。

技术领域

本实用新型涉及应用于食品安全的家用光谱检测技术领域，尤其是指一种光谱仪。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，目前人们更提倡绿色健康的生活方式，而食品安全是绿色健康生活的基础，关乎每个人的切身利益和生命健康。目前人们食用的农产品和食品在生产、加工、运输、储存等各个环节都没有规范的标准，且缺乏有效的监督管理体系，致使近几年来国内的食品安全事故频发，有些是在加工生产过程中非法或超量使用食品添加剂或一些有害物质，有些是在运输过程中造成食品腐败变质产生微生物和致病菌等，这些都对人们的生命健康造成了很大的威胁。“民以食为天”，近几年食品安全检测也引起了国家和消费者的重视，大型的食品安全检测仪器技术成熟，有很多先进耐用的商业化产品，但方便消费者使用的小型化、操作方便、价格大众的家用食品安全检测仪器目前还没有很成熟的产品。在目前常用的食品安全检测仪器中，光谱仪在小型化和价格方面都有很大的优势。

目前比较常用的光谱仪大部分是色散型光谱仪，这些光谱仪都是用光栅或棱镜作为色散元件，光学元件数量较多，光学结构复杂，光谱仪的体积和价格很难满足普通大众的家用需求。滤光片型光谱仪虽然具有光路笔直、结构简单、成本低等优势，但最初受限于滤光片的特性只能分出具有一定带宽的单色光，光谱分辨率很低，因此应用并不广泛。2012年以色列威利食品有限公司根据滤光片中心波长随角度变化的特点，申请了专利CN201280065917.9，该专利提出了一种用于最终使用者食品分析的低成本光谱测定系统，该系统提出用滤光器取代常规的色散元件，简化了光路，降低了成本。但是该专利为了增大进入滤光器的入射光角度范围，采用漫反射光入射，发散角非常大，而对于一般的带通滤光器，发散角会对滤光器的带宽也就是分辨率造成影响，发散角越大分辨率越低，有研究指出：当入射光发散角<10°时，滤光片带宽变化量<10％，对分辨率基本无影响；当入射光发散角>15°时，滤光片带宽变化量>30％，会降低其分辨率。而这种漫反射入射，其发散角远远大于15°，因此这种入射方式会降低光谱仪的分辨率，且发散角越大，分辨率越低。而且正如该专利指出的，单一滤光器存在光谱范围窄的缺点，该专利估算，对于30°的角度范围和～850nm的光学滤光器CWL，可用于光谱仪的光谱范围～35nm，不能满足大部分光谱仪的应用。要扩大光谱范围需要多个子滤光器和微透镜阵列组合，这种组合方式又增大了光路的复杂程度和光谱仪的成本，因此这种组合方式不能在保持原有优点的基础上很好的解决光谱范围窄的缺点。

线性渐变滤光片(LVOF)是近期发展起来的一种新型分光元件，其中心波长随位置的不同而变化，它具有体积小、通带多、波长分辨率高等优点，能很好的解决普通滤光片型光谱仪光谱范围窄的缺点，又能保持光路结构简单、价格低等优势。但与普通的带通滤光片类似，其光学特性容易受到入射光特性的影响，入射光的发散角和入射角度都会使LVOF的光学特性发生变化。入射角度的变化会使LVOF的中心波长发生位移，不会对其他特性造成影响。但发散角的增加不仅会使LVOF的中心波长发生位移，而且会使其输出带宽增大，降低其分辨率。中科院光电研究院申请的专利CN201310753173.6，提出了一种微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪，该光谱仪主要利用线性渐变滤光片中心波长随位置变化的特点进行分光，该专利把线性渐变滤光片固定在距离探测器光敏面0.3mm的位置，通过前置镜头成像于探测器上，因此进入线性渐变滤光片的光束是会聚光束，其发散角较大，会降低光谱仪的分辨率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种光谱范围更广、灵敏度和分辨率更高的光谱仪。