專利名稱：低雜光單色儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種色散光譜輻射測(cè)量裝置，尤其是適用于可見-短波紅外波段的光譜輻射測(cè)量的單色儀。
背景技術(shù)：
對(duì)于在可見-短波紅外波段(350～2500nm)的高分辨率光譜輻射測(cè)量問題，大都采用色散分光方法獲得光譜信息，探測(cè)器可采用單元或線陣的器件，在需要快速獲取數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)合，則需要采用線陣硅光二極管探測(cè)器。任何結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)均會(huì)存在不同程度的雜散光。減少雜散光的措施可以是雙單色儀的光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)，但這樣的方案一來(lái)成本非常高昂，體積重量也比較大；二來(lái)只能應(yīng)用于單元探測(cè)器-機(jī)械掃描的工作方式，不適合需要快速測(cè)量的場(chǎng)合。使用線陣探測(cè)器的光譜輻射測(cè)量?jī)x器，尚沒有特別有效的雜散光消除辦法。使用濾光片的通道式單色儀，可以比較容易實(shí)現(xiàn)低雜散光設(shè)計(jì)，但是只能做到幾個(gè)固定波段的測(cè)量。無(wú)法實(shí)現(xiàn)很窄的光譜帶寬，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的高光譜測(cè)試。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種改進(jìn)的單色儀結(jié)構(gòu)，大幅度地減小雜散光的影響，提高測(cè)量精度。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為低雜光單色儀，包括有由物鏡、場(chǎng)鏡、入射狹縫、球面鏡、平面光柵、線陣探測(cè)器，其特征在于線陣探測(cè)器表面安裝一個(gè)漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片。
漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片與光柵色散空間分布相配合。
物鏡外側(cè)安裝有帶阻衰減濾光片。
本實(shí)用新型中應(yīng)用的線性漸變?yōu)V光片是一種中心波長(zhǎng)隨濾光片長(zhǎng)度方向線性變化的光學(xué)干涉濾光片。在應(yīng)用中，由于光柵的分光，列陣探測(cè)器的長(zhǎng)度方向代表了不同的波長(zhǎng)。漸變?yōu)V光片的波長(zhǎng)分布與之是對(duì)應(yīng)的，不過(guò)漸變?yōu)V光片的帶寬要寬一些。
在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)光譜分辨率為3nm，漸變?yōu)V光片的帶寬為20nm，對(duì)于400～1100nm共700nm的光譜范圍來(lái)說(shuō)，假設(shè)光譜能量分布及雜散光影響系數(shù)是均勻的，那么系統(tǒng)的雜散光抑制效率可以提高35倍。考慮到雜散光抑制主要針對(duì)高能量波段對(duì)低能量波段的影響，實(shí)際提高能力可達(dá)到10倍以上。
分段式組合濾光片可以看作一種帶寬較寬的漸變?yōu)V光片，即使其帶寬為100nm，其雜散光抑制能力也可以提高3～5倍。
本實(shí)用新型采用艾伯特—法斯梯結(jié)構(gòu)的水平對(duì)稱成像攝譜儀系統(tǒng)，探測(cè)器采用硅光二極管線陣，漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片用來(lái)減小雜散光；帶阻衰減濾光片可以適度減少整個(gè)光譜范圍內(nèi)輻射能量大、探測(cè)器響應(yīng)高的波段輻射強(qiáng)度，而基本上不影響其他波段的光強(qiáng)。這樣，受抑制的波段信噪比變化不大，但各個(gè)波段的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了較好的平衡，同時(shí)短波和長(zhǎng)波的弱響應(yīng)波段的信號(hào)不會(huì)有太大的變化，應(yīng)用此技術(shù)，對(duì)已知光源輻射大致分布(如太陽(yáng))和探測(cè)器響應(yīng)的情況下具有相當(dāng)作用。
本實(shí)用新型主要用于野外和室內(nèi)的可見-近紅外波段(350～1100nm)的光譜輻射測(cè)量。


圖1為本實(shí)用新型光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為原始測(cè)量光譜曲線。
具體實(shí)施方式
參見附圖1、2。
本實(shí)用新型包括有由物鏡2、場(chǎng)鏡3、入射狹縫4、球面鏡5、平面光柵6、線陣探測(cè)器8，線陣探測(cè)器8表面安裝一個(gè)漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片7。漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片7與光柵6色散空間分布相配合。物鏡2外側(cè)安裝有帶阻衰減濾光片1。
目標(biāo)的光學(xué)輻射經(jīng)由帶阻衰減濾光片1后，由物鏡2、場(chǎng)鏡3、成像于入射狹縫4，如色光在經(jīng)球面鏡5反射準(zhǔn)直為平行光，投射到平面光柵6，光柵色散后的各波長(zhǎng)的單色光再經(jīng)過(guò)球面鏡5反射、漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片7成像到線陣探測(cè)器8的各個(gè)單元上。
本實(shí)用新型系統(tǒng)光譜分辨率為3nm，漸變?yōu)V光片的帶寬為20nm，分段式組合濾光片帶寬為100nm。
圖2所示的原始測(cè)量光譜曲線，實(shí)際為太陽(yáng)(光源)光譜、探測(cè)器光譜相應(yīng)、光學(xué)系統(tǒng)光譜效率等其他系統(tǒng)光譜傳遞函數(shù)的綜合響應(yīng)，可以看出，在500～600nm波段，系統(tǒng)輸出是最大的，而在長(zhǎng)波和短波，系統(tǒng)輸出只有最大輸出的1/10。同時(shí)，由于能量分布以及探測(cè)器響應(yīng)的原因，中間波段對(duì)于長(zhǎng)波及短波波段的雜散光影響也大一些。
本實(shí)用新型帶阻衰減濾光片，可以將500～600nm波段的入射能量衰減50％以上，而弱能量波段的透過(guò)率為90％左右，基本不衰減，這樣使得儀器的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍增加了一倍，同時(shí)也將此雜散光影響最大的波段對(duì)弱能量波段的雜散光影響系數(shù)降低了一倍，整體雜散光抑制能力可以提高30％以上。
權(quán)利要求1.低雜光單色儀，包括有由物鏡、場(chǎng)鏡、入射狹縫、球面鏡、平面光柵、線陣探測(cè)器，其特征在于線陣探測(cè)器表面安裝一個(gè)漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低雜光單色儀，其特征在于漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片與光柵色散空間分布相配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低雜光單色儀，其特征在于物鏡外側(cè)安裝有帶阻衰減濾光片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低雜光單色儀，包括有由物鏡、場(chǎng)鏡、入射狹縫、球面鏡、平面光柵、線陣探測(cè)器，線陣探測(cè)器表面安裝一個(gè)漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片，物鏡外側(cè)安裝有帶阻衰減濾光片。漸變?yōu)V光片或分段式組合濾光片用來(lái)減小雜散光；帶阻衰減濾光片可以適度減少整個(gè)光譜范圍內(nèi)輻射能量大、探測(cè)器響應(yīng)高的波段輻射強(qiáng)度，而基本上不影響其他波段的光強(qiáng)。這樣，受抑制的波段信噪比變化不大，但各個(gè)波段的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了較好的平衡。本實(shí)用新型主要用于野外和室內(nèi)的可見－近紅外波段(350～1100nm)的光譜輻射測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J3/26GK2704031SQ03220878
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者洪津, 汪元鈞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所