專利名稱：一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學儀器的聚焦成像系統，具體是光譜儀器的聚焦成 像系統。
背景技術：
光譜儀器是一種常用的科學儀器，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。現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直系統3，色散系統4，聚焦成像系統6及接收 系統7組成的。準直系統，色散系統，成像系統均可以各自或同時采用反射式， 準直系統，色散系統和成像系統之中的兩者或三者也可能重合成一個系統，從 而形成多種多樣的光譜儀器結構。
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 狹縫和準直鏡2，變成平行光再投射到色散系統4，通過色散系統，不同波長的 光被分散成不同方向的平行光，再經過聚焦成像鏡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^^縫像。接收系統7接收到不同 位置的光強也就得到了各波長的光輻射值。接收系統可以是人眼，膠片或光電 轉換裝置；其中光電轉換裝置又可以是單個光電轉換器件加上相應的處理電路 和多個光電轉換器的陣列(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接收傳感面的高度，因為現在光譜儀器的聚焦 成像系統是旋轉對稱的，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換器的陣列的接收系統；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。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種光 譜儀器的改進，該光譜儀應具有靈敏度高、分辨率高的特點。 本實用新型提出的技術方案是
一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，設置在光譜儀的色散系 統與接收系統之間，其特征在于所述的聚焦成像系統包括橫向聚焦成像系統 和縱向聚焦成像系統，兩個系統相互垂直獨立設置，經色散系統分散的平行光 依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統后，由接收系統接 收。
所述的橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統分別由縱向設置的柱面鏡系 統和橫向設置的柱面鏡系統構成，使得經過色散系統的光先進行橫向聚焦成像， 然后進行縱向聚焦成像。
所述的縱向設置的柱面鏡系統的放大率大于橫向設置的柱面鏡系統的放大率。
所述的縱向設置的柱面鏡系統為凸柱面透鏡系統。 所述的縱向設置的柱面鏡系統為凹柱面反射鏡。 所述的橫向設置的柱面鏡系統為凸柱面透鏡系統。 所述的橫向設置的柱面鏡系統為凹柱面反射鏡。
本實用新型的工作原理是由于光譜儀中的聚焦成像系統由兩個相互垂直
獨立的柱面鏡系統組成，從色散系統過來的不同方向的平行光首先經過縱向設 置的柱面鏡系統，只進行了橫向聚焦(縱向沒有變化)，然后穿過橫向設置的柱 面鏡系統，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，由接收系統接收。
本實用新型提供的光譜儀器聚焦成像系統，由于縱向設置的柱面鏡系統與 橫向設置的柱面鏡系統的放大率不同，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，很容易通過調整縱向聚焦的柱面鏡系統和橫向聚焦的柱面鏡系統的
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是現有光譜儀的光路結構示意圖。
圖2是本實用新型一種實施例的主視結構示意圖。
圖3是圖2實施例的俯視結構示意圖。
圖4是本實用新型另一種實施例的主視結構示意圖。
圖5是圖4實施例的俯視結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的實施例作進一步的詳細說明。 一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，設置在光譜儀的色散系 統與接收系統之間，包括橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統，橫向聚焦成 像系統和縱向聚焦成像系統相互垂直獨立設置；經過色散系統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7接收。
由于橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統成像被調整在同一個像面上， 縱向聚焦成像系統的焦距小于橫向聚焦成像系統的焦距，因此，縱向放大率應
當小于橫向放大率。
具體的工作過程是(如圖3、圖4所示)被測光通過狹縫1，被準直鏡(凸 透鏡，焦距L)轉換成平行光再投射到色散系統上，經過色散系統不同波長的 光被分散成不同方向的平行光；這些平行光首先經過橫向聚焦成像系統進行橫
向聚焦(橫向焦距f。J，然后經過縱向聚焦成像系統進行縱向聚焦(縱向焦距
f。、.)，聚焦在同一像面上，橫向放大率Kh= f。h/fi，縱向放大率K, f。v/f1;因 此當我們縮短f。,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與縱向聚焦系統是相互獨立的，橫 向放大率Kh可以保持不變，而且可以通過調整縱向聚焦系統和橫向聚焦系統的 相對位置(儀器出廠前，需進行調整，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與縱向聚焦系統，具體可采用柱面鏡系統；可以 是凸柱面透鏡系統，也可以是凹柱面反射鏡，因此可以設計成不同的光路形式； 圖2、圖3所示的結構是橫向聚焦系統與縱向聚焦系統均采用凸柱面透鏡系統， 圖4、圖5所示的結構是橫向聚焦系統采用凹柱面反射鏡，縱向聚焦系統采用凸 柱面透鏡系統。
實施例一透射結構形式的光譜儀器聚焦成像系統(圖2、圖3): 該光譜儀器聚焦成像系統，設置在光譜儀器的色散系統與接收系統之間，
包括縱向設置的凸柱面透鏡系統8 (柱面的母線為縱向)和橫向設置的凸柱面
透鏡系統9 (柱面的母線為橫向)，凸柱面透鏡系統8和凸柱面透鏡系統9相互 垂直，經過色散系統4的平行光依次通過兩個柱面鏡系統后，投射到像面上， 由接收系統7接收。
實施例二反射結構形式的光譜儀器聚焦成像系統(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)；經過光柵，不同波長的光被分散成不同方向的平行光，再經 過縱向設置的凹柱面反射鏡12的反射，這些平行光在橫向被聚焦(縱向不變)， 接著繼續穿越橫向設置的凸柱面透鏡系統13，又在縱向被聚焦，最后成像到像 面14上的不同位置，由接收系統接收。
尚需說明的是；為圖面清晰，圖4中除聚焦成像系統之外其余元氣件全部
予以省略。所述的凸柱面透鏡系統和凹柱面反射鏡均可外購。
本實用新型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 統包括縱向設置的柱面鏡系統構成橫向聚焦成像系統和橫向設置的柱面鏡系統 構成縱向聚焦成像系統，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，并通過調整縱向聚焦系統和橫向聚焦系 統的相對位置，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。所以無論準直系統，色散系統，成像系統采用的 是透射形式還是反射形式，均落在本實用新型的保護范圍之中。
權利要求1、一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，設置在光譜儀的色散系統(4)與接收系統(7)之間，其特征在于所述的聚焦成像系統(6)包括橫向聚焦成像系統(8)和縱向聚焦成像系統(9)，兩個系統相互垂直設置，經色散系統分散的平行光依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統后，由接收系統接收。
2、 根據權利要求1所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統， 其特征在于所述橫向聚焦成像系統(8)和縱向聚焦成像系統(9)分別由縱 向設置的柱面鏡系統和橫向設置的柱面鏡系統構成，使得經過色散系統(4)的 光先進行橫向聚焦成像，然后進行縱向聚焦成像。
3、 根據權利要求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，其特征在于所述縱向設置的柱面鏡系統的放大率大于橫向設置的柱面鏡系統的放大率。
4、 根據權利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，其特征在于所述的縱向設置的柱面鏡系統為凸柱面透鏡系統。
5、 根據權利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統， 其特征在于所述的縱向設置的柱面鏡系統為凹柱面反射鏡。
6、 根據權利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，其特征在于所述的橫向設置的柱面鏡系統為凸柱面透鏡系統。
7、 根據權利要求3所述的一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，其特征在于所述的橫向設置的柱面鏡系統為凹柱面反射鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種光學儀器的聚焦成像系統。所要解決的技術問題是該光譜儀應具有靈敏度高、分辨率高的特點。技術方案是一種縱向、橫向分開聚焦的光譜儀聚焦成像系統，設置在光譜儀的色散系統與接收系統之間，其特征在于所述的聚焦成像系統包括橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統，兩個系統相互垂直獨立設置，經色散系統分散的平行光依次通過相互垂直的橫向聚焦成像系統和縱向聚焦成像系統后，由接收系統接收。
文檔編號G02B27/09GK201212925SQ20082012050
公開日2009年3月25日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者潛 虞 申請人:潛 虞