光譜探測裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術的實施例提供了一種光譜探測裝置，包括：激光源；聚焦透鏡，布置用于將光束會聚至待測樣品上；光束收集裝置，布置用于收集待測樣品被光束激發的光束信號以形成收集光束并將其進行會聚以形成長條形光斑；狹縫，布置用于接收經過光束收集裝置會聚的收集光束并將收集光束向光路的下游耦合；準直裝置；色散裝置，布置用于對經過準直裝置準直的收集光束進行分色以形成具有不同波長的多個子光束；成像裝置和陣列式光子探測器，成像裝置布置用于將子光束分別成像在陣列式光子探測器上，其中，由激光源發出的光束具有矩形的橫截面，聚焦透鏡是柱面透鏡，長條形光斑照射到狹縫上且長度小于狹縫的長度以使長條形光斑在長度方向上能夠完全落入狹縫。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光譜探測領域，尤其涉及一種光譜探測裝置。
技術介紹
光譜探測技術在物質的鑒定和分析中應用十分廣泛。光譜探測裝置可以通過采集從待測樣品獲得的光信號來生成待測樣品的光譜圖，例如可以通過將實際探測到的光譜圖與已有的光譜庫中的已知物質的光譜圖進行對比來確定待測樣品的成分。光譜儀是一種常用的光譜探測設備，其可以利用色散元件將不同波長混合在一起的光信號分解并排列到探測器上，最終得到代表著不同波長處的信號強度分布的光譜圖線。光譜儀的分辨率表征了儀器對兩個相鄰波長信號間的分辨能力，決定了最終光譜圖攜帶特征信息的精細程度。在光譜探測和分析中，光譜儀的分辨率參數對于精確地鑒別物質、確定其化學組成和相對含量有著重要的意義。為了獲得高的分辨率，往往希望采用比較狹窄的狹縫。而這又可能導致光的強度被狹縫顯著地削弱而影響光學效率。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種光譜探測裝置，其通過采用與狹縫匹配的照射光斑，能夠提高光學效率和光譜檢測的信噪比。本專利技術的實施例提供了一種光譜探測裝置，包括：激光源，布置用于發射光束；聚焦透鏡，布置用于將所述光束會聚至待測樣品上；光束收集裝置，布置用于收集待測樣品被所述光束激發的光束信號以形成收集光束并將該收集光束進行會聚以形成長條形光斑；狹縫，布置用于接收經過光束收集裝置會聚的收集光束并將所述收集光束向光路的下游耦合；準直裝置，布置用于對來自狹縫的收集光束進行準直；色散裝置，布置用于對經過準直裝置準直的收集光束進行分色，以形成具有不同波長的多個子光束；成像裝置和陣列式光子探測器，所述成像裝置布置用于將所述多個子光束分別成像在所述陣列式光子探測器上，所述陣列式光子探測器用于將成像到其上的多個子光束的光信號轉換成電信號，所述電信號用于形成光譜圖，其中，由激光源發出的光束具有矩形的橫截面，所述聚焦透鏡是柱面透鏡，所述長條形光斑照射到狹縫上，且所述長條形光斑的長度小于狹縫的長度以使長條形光斑在長度方向上能夠完全落入狹縫。在一實施例中，所述長條形光斑在寬度方向上完全覆蓋所述狹縫。在一實施例中，所述色散裝置布置成將所述多個子光束在第一方向上分離開，所述陣列式光子探測器具有多列探測單元，其中每列探測單元沿著與第一方向垂直的第二方向布置。在一實施例中，每列探測單元在第二方向上的長度大于或等于狹縫經由成像裝置在所述陣列式光子探測器的表面上所成的像的沿著第二方向的高度。在一實施例中，所述長條形光斑沿著第二方向的高度和狹縫沿著第二方向的高度與每列探測單元在第二方向上的長度一致。在一實施例中，光譜圖中的每條譜線由一列探測單元中的所有探測單元所獲得的電信號的疊加輸出而生成。在一實施例中，所述光束收集裝置包括：第一透鏡，布置用于接收來自所述待測樣品的光束；第二透鏡，布置用于將該收集光束會聚至所述狹縫上；以及濾光片，位于所述第一透鏡和第二透鏡之間，布置用于使收集光束中選定波長范圍的光通過而濾除其它波長范圍的光。在一實施例中，所述聚焦透鏡的焦點與所述第一透鏡的焦點重合。在一實施例中，所述陣列式光子探測器由二維電荷耦合器件陣列形成。在一實施例中，所述準直裝置包括準直透鏡或凹面反射鏡，所述色散裝置包括分色光柵，所述成像裝置包括會聚透鏡或凹面反射鏡。如本專利技術的上述至少一個實施例中所述的光譜探測裝置，通過矩形截面的光束和柱面透鏡的組合來在待測樣品上形成狹長光斑。并通過會聚在待測樣品上的狹長光斑、位于狹縫處的長條形光斑、狹縫以及陣列式光子探測器的尺寸的匹配來提高光學信號的信噪比。附圖說明圖1示意性地示出根據本專利技術的一實施例的光譜探測裝置；圖2示意性地示出根據本專利技術的一實施例的光譜探測裝置的狹縫與照射在其上的光斑；圖3示意性地示出經過狹縫的光束經過色散裝置之后成像在陣列式光子探測器上的圖案的示例；圖4示意性地示出光譜圖中的譜線；圖5示意性地示出根據本專利技術的一實施例的光譜探測裝置的沿著y方向的局部視圖；以及圖6示意性地示出根據本專利技術的一實施例的光譜探測裝置中的聚焦透鏡和光束收集裝置的示例性布置。具體實施方式下面通過實施例，并結合附圖，對本專利技術的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號表示相同或相似的部件。下述參照附圖對本專利技術實施方式的說明旨在對本專利技術的總體專利技術構思進行解釋，而不應當理解為對本專利技術的一種限制。根據本專利技術的總體構思，提供一種光譜探測裝置，包括：激光源，布置用于發射光束；聚焦透鏡，布置用于將所述光束會聚至待測樣品上；光束收集裝置，布置用于收集待測樣品被所述光束激發的光束信號以形成收集光束并將該收集光束進行會聚以形成長條形光斑；狹縫，布置用于接收經過光束收集裝置會聚的收集光束并將所述收集光束向光路的下游耦合；準直裝置，布置用于對來自狹縫的收集光束進行準直；色散裝置，布置用于對經過準直裝置準直的收集光束進行分色，以形成具有不同波長的多個子光束；成像裝置和陣列式光子探測器，所述成像裝置布置用于將所述多個子光束分別成像在所述陣列式光子探測器上，所述陣列式光子探測器用于將成像到其上的多個子光束的光信號轉換成電信號，所述電信號用于形成光譜圖，其中，由激光源發出的光束具有矩形的橫截面，所述聚焦透鏡是柱面透鏡，所述長條形光斑照射到狹縫上，且所述長條形光斑的長度小于狹縫的長度以使長條形光斑在長度方向上能夠完全落入狹縫。另外，在下面的詳細描述中,為便于解釋,闡述了許多具體的細節以提供對本披露實施例的全面理解。然而明顯地，一個或更多個實施例在沒有這些具體細節的情況下也可以被實施。圖1示意性地示出根據本專利技術的一實施例的光譜探測裝置100。該光譜探測裝置100可以包括：激光源10，布置用于發射光束20，所述光束20具有矩形的橫截面；聚焦透鏡30，布置用于將所述光束20會聚至待測樣品40上；光束收集裝置50，布置用于收集待測樣品40被該光束20激發的光束信號以形成收集光束21并將該收集光束21進行會聚以形成長條形光斑25；狹縫60，布置用于接收經過光束收集裝置50會聚的收集光束21并將所述收集光束21向光路的下游耦合(如將收集光束21傳導向位于光路下游的準直裝置70、色散裝置71等)；準直裝置70，布置用于對來自狹縫60的收集光束21進行準直；色散裝置71，布置用于對經過準直裝置70準直的收集光束21進行分色，以形成具有不同的波長的多個子光束81、82；成像裝置80和陣列式光子探測器90，所述成像裝置80布置用于將所述多個子光束81、82分別成像在所述陣列式光子探測器90上，所述陣列式光子探測器90用于將成像到其上的多個子光束81的光信號轉換成電信號，所述電信號用于形成光譜圖，其中，所述長條形光斑25照射到狹縫60上，且所述長條形光斑25的長度小于狹縫60的長度以使長條形光斑25在長度方向(圖2中示出的y方向)上能夠完全落入狹縫60。所述聚焦透鏡30是柱面透鏡。圖1中示出的xyz表示直角坐標系的各個軸線。圖2中示出了長條形光斑25和狹縫60的示例。狹縫60是決定最終得到的光譜圖的分辨率的重要部件。狹縫60的寬度越小，所得到的光譜圖的分辨率就越高。因此，狹縫60通常可以設置成狹長形狀以獲得比較小的寬度。狹縫60處的通光量也是重要的指標，如果狹縫60處的通光量低，則可能導致在陣列式光子探測器90上獲得的光學信號強度低，而導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光譜探測裝置，包括：激光源，布置用于發射光束；聚焦透鏡，布置用于將所述光束會聚至待測樣品上；光束收集裝置，布置用于收集待測樣品被所述光束激發的光束信號以形成收集光束并將該收集光束進行會聚以形成長條形光斑；狹縫，布置用于接收經過光束收集裝置會聚的收集光束并將所述收集光束向光路的下游耦合；準直裝置，布置用于對來自狹縫的收集光束進行準直；色散裝置，布置用于對經過準直裝置準直的收集光束進行分色，以形成具有不同波長的多個子光束；成像裝置和陣列式光子探測器，所述成像裝置布置用于將所述多個子光束分別成像在所述陣列式光子探測器上，所述陣列式光子探測器用于將成像到其上的多個子光束的光信號轉換成電信號，所述電信號用于形成光譜圖，其中，由激光源發出的光束具有矩形的橫截面，所述聚焦透鏡是柱面透鏡，所述長條形光斑照射到狹縫上，且所述長條形光斑的長度小于狹縫的長度以使長條形光斑在長度方向上能夠完全落入狹縫。

【技術特征摘要】
1.一種光譜探測裝置，包括：激光源，布置用于發射光束；聚焦透鏡，布置用于將所述光束會聚至待測樣品上；光束收集裝置，布置用于收集待測樣品被所述光束激發的光束信號以形成收集光束并將該收集光束進行會聚以形成長條形光斑；狹縫，布置用于接收經過光束收集裝置會聚的收集光束并將所述收集光束向光路的下游耦合；準直裝置，布置用于對來自狹縫的收集光束進行準直；色散裝置，布置用于對經過準直裝置準直的收集光束進行分色，以形成具有不同波長的多個子光束；成像裝置和陣列式光子探測器，所述成像裝置布置用于將所述多個子光束分別成像在所述陣列式光子探測器上，所述陣列式光子探測器用于將成像到其上的多個子光束的光信號轉換成電信號，所述電信號用于形成光譜圖，其中，由激光源發出的光束具有矩形的橫截面，所述聚焦透鏡是柱面透鏡，所述長條形光斑照射到狹縫上，且所述長條形光斑的長度小于狹縫的長度以使長條形光斑在長度方向上能夠完全落入狹縫。2.根據權利要求1所述的光譜探測裝置，其中，所述長條形光斑在寬度方向上完全覆蓋所述狹縫。3.根據權利要求1所述的光譜探測裝置，其中，所述色散裝置布置成將所述多個子光束在第一方向上分離開，所述陣列式光子探測器具有多列探測單元，其中每列探測單元沿著與第一方向垂直的第二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉海輝，王紅球，易裕民，張建紅，王安凱，
申請(專利權)人：同方威視技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11