一種多通道光譜模組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多通道光譜模組，包括：入光部；衍射光柵，所述衍射光柵設置在所述入光部出光一側，對從入光部入射的測試光束進行衍射分光，按光譜通道得到多束一類分光束；帶通濾光片以及探測器，其中，所述帶通濾光片包括多個一類帶通濾光片，所述探測器包括與所述多個一類帶通濾光片一一對應的多個一類探測器，每組所述一類帶通濾光片、對應的一類探測器沿不同所述一類分光束的光路前后設置，使得不同束的所述一類分光束經過不同的所述一類帶通濾光片實現濾光后，入射到所述對應的一類探測器。通過上述方式，本實用新型能夠實現快速的多通道光譜同時探測。
【專利說明】一種多通道光譜模組

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及分析儀器領域，特別是涉及一種多通道光譜模組。

【背景技術】
[0002]目前，多通道光譜儀在諸如醫(yī)療、環(huán)保、食品等很多分析檢測領域都有著廣泛的應用和需求，以實現對多種物質的快速實時檢測。而目前的主流技術為獨立光柵式，該獨立光柵式的光譜儀基本構造由光柵和多個探測器組成，光柵將測試光分光后再分別入射到探測器中，以實現探測器對入射光的探測。
[0003]然而由于光柵的分光方式為空間分光,其分光得到的不同波段對應的分光束之間在空間上存在疊加，導致探測器探測到的是包括兩個或以上相鄰波段分光束波長疊加的光束，從而使提高光譜分辨率具有一定難度。通過收窄入射和出射狹縫的方式雖然可以提高光譜分辨率，但對入射光能量有較大的損失，會提高系統(tǒng)采樣難度。
實用新型內容
[0004]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種多通道光譜模組，能夠有效將衍射光柵的按空間分光和濾光片的按光譜分光的特點結合起來，實現快速的多通道光譜同時探測，且光譜分辨率高。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種多通道光譜模組，包括:入光部；衍射光柵，所述衍射光柵設置在所述入光部出光一側，對從入光部入射的測試光束進行衍射分光，按光譜通道得到多束一類分光束；帶通濾光片以及探測器，其中，所述帶通濾光片包括多個一類帶通濾光片，所述探測器包括與所述多個一類帶通濾光片一一對應的多個一類探測器，每組所述一類帶通濾光片、對應的一類探測器沿不同所述一類分光束的光路前后設置，使得不同束的所述一類分光束經過不同的所述一類帶通濾光片實現濾光后，入射到所述對應的一類探測器。
[0006]其中，還包括:至少一個分光濾光片，所述至少一個分光濾光片片間隔設置在所述入光部與所述衍射光柵之間的測試光束光路上；所述帶通濾光片還包括數量與所述分光濾光片相同的所述二類帶通濾光片，所述探測器還包括與所述二類帶通濾光片一一對應的二類探測器，每組所述二類帶通濾光片、對應的二類探測器設置在不同分光濾光片的分光光路上，使得所述測試光束經所述分光濾光片片分光得到的二類分光束，所述二類分光束經過設置在所述二類帶通濾光片實現濾光后，入射到所述對應的二類探測器。
[0007]其中，還包括:反射鏡組，所述反射鏡組設置在至少部分所述一類分光束的光路上，以將所述至少部分一類分光束反射到設置在所述至少部分一類分光束的反射光路上的一類濾光片及對應一類探測器上。
[0008]其中，所述反射鏡組包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的至少一種。
[0009]其中，所述探測器接近對應的所述帶通濾光片的一側設置有狹縫，所述狹縫的尺寸小于所述帶通濾光片出射的分光束的光敏面積，以使所述出射的分光束的部分光從所述狹縫入射到探測器中。
[0010]其中，所述衍射光柵的數量為一個或多個。
[0011 ] 其中，所述衍射光柵為透射式光柵或反射式光柵。
[0012]其中，所述衍射光柵為平面光柵或凹面光柵。
[0013]其中，所述多個一類帶通濾光片的設置方式為連續(xù)并排方式或者分立方式。
[0014]其中，所述多個一類探測器集成在一個或多個探測陣列中、或所述多個一類探測器均獨立設置。
[0015]區(qū)別于現有技術，本實用新型有效的將衍射光柵的按空間分光和濾光片按光譜分光的特點結合起來，實現快速的多通道光譜同時探測，故具有較高的性價比，且光譜分辨率高，結構簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型多通道光譜模組一實施方式的結構示意圖；
[0017]圖2是圖1所示的多通道光譜模組的一類探測器的結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型多通道光譜模組另一實施方式的結構示意圖；
[0019]圖4是本實用新型多通道光譜模組再一實施方式的結構示意圖；
[0020]圖5是本實用新型多通道光譜模組又再一實施方式的結構示意圖；
[0021]圖6是本實用新型多通道光譜模組又一實施方式中多個一類帶通濾光片設置方式的結構示意圖；
[0022]圖7是本實用新型多通道光譜模組又一實施方式中多個一類探測器設置方式的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體的實施方式進行說明。
[0024]請參閱圖1和圖2，圖1是本實用新型多通道光譜模組一實施方式的結構示意圖，圖2是圖1所示的多通道光譜模組的一類探測器的結構示意圖。本實施方式中，多通道光譜模組包括入光部110、衍射光柵120和帶通濾光片130以及探測器140。其中，衍射光柵120設置在所述入光部110出光一側,對從入光部110入射的測試光束a進行衍射分光,按光譜通道得到多束一類分光束b，即每束分光束b的光譜波段至少不完全相同。濾光片130包括多個一類帶通濾光片131，探測器140包括與所述多個一類帶通濾光片131—一對應的多個一類探測器141，一個一類帶通濾光片131和一個一類探測器141為一組，每組所述一類帶通濾光片131、對應的一類探測器141沿不同所述一類分光束b的光路前后設置，使得不同光譜通道對應的一類分光束b經過不同的所述一類濾光片131實現濾光后，入射到所述對應的一類探測器141。
[0025]具體地，經衍射光柵120衍射分光得到的多束一類分光束b的依不同波長范圍而具有不同的衍射傳輸方向。但由于衍射光柵120為空間分光，會導致部分不同而相鄰的波長的一類分光束b在衍射后的光路上出現疊合，故在一類探測器141前設置一類帶通濾光片131，且每個一類帶通濾光片131的光譜帶寬不相同，以對不同的一類分光束b實現不同波長范圍的濾光，使得一類分光束b中符合其自身帶寬的光譜才能進入對應的一類探測器141，實現不同一類探測器141接收到不同光譜。
[0026]本實施方式的測試光束可以無需通過狹縫而直接投射到衍射光柵表面，經衍射按空間分光，一定的波長范圍對應一定的空夾角分布，再通過設置多組帶通濾光片和探測器，實現快速的多通道光譜同時探測，并具有性價比高，光通量高且結構及安裝簡單等特點。同時，帶通濾光片按對應的光譜區(qū)域而在相應的空間位置放置，并透射符合其自身濾光帶寬的光譜以進入其對應的探測器，使得每組探測器的光譜分辨率可以得到有效保證。
[0027]優(yōu)化地，一類探測器141接近對應的一類濾光片131的一側1411設置有狹縫1412，所述狹縫1412的尺寸小于所述一類濾光片131出射的一類分光束的光敏面積，以使所述出射的一類分光束的部分光從所述狹縫1412入射到一類探測器141中。通過該狹縫的設置，可以通過提高空間分辨率的方法提高光譜的分辨率，避免使用窄帶濾光片的高成本。
[0028]作為優(yōu)化實施方式，多通道光譜模組還設置反射鏡組150，具體，反射鏡組150設置在至少部分所述一類分光束b，例如光譜比較接近的部分一類分光束b的光路上，以將所述至少部分一類分光束b反射到設置在所述至少部分一類分光束b的反射光路上的一類帶通濾光片131，并通過該一類帶通濾光片131濾光后進入對應的一類探測器141。其中，該反射鏡組150可具體為一平面鏡150。由于經空間分光得到的多束不同波長范圍的一類分光束b以一定空間角分布，且光程越長不同一類分光束b間分離程度越大。為保證能夠分離不同波長范圍的一類分光束b實現多通道光譜的檢測，一類帶通濾光片131和一類探測器141需設置在一類分光束b衍射后的一定光程之后。本實施方式通過采用反射鏡組150增加至少部分一類分光束b的光程，以更好的分離該至少部分的一類分光束b，實現既減少多通道光譜模組的體積，且不影響多通道光譜探測的光譜分辨率。
[0029]當然，在要求體積更小的實施方式中，如圖3，圖3是本申請多通道光譜模組另一實施方式的結構示意圖。多通道光譜模組的反射鏡組還可以為一凹面鏡350，該凹面鏡350至少把部分束的一類分光束例如光譜相差較遠的部分一類分光束b聚焦，使得不同束的一類分光束b間緊湊，并通過不同的一類帶通濾光片331的濾光后進入對應的緊湊型的一類探測器341，實現模組結構更緊湊，體積更小化。
[0030]在要求光譜分辨率高的實施方式中，如圖4，圖4是本申請多通道光譜模組再一實施方式的結構示意圖。多通道光譜模組的反射鏡組還可以為一凸面鏡450，該凸面鏡450至少把部分束的一類分光束例如光譜比較接近的部分一類分光束b發(fā)撒，使得不同束的一類分光束b間更分散，增加了空間光譜分辨率，并通過不同一類帶通濾光片431的濾光后進入對應的一類探測器441，進一步提高了光譜分辨率。
[0031]需要說明的是，上述實施方式中反射鏡組具體為一個反射鏡，在要求光程更長，或者滿足結構上的設置上，該反射鏡組可為多個反射鏡，實現對至少部分一類分光束的反射，以增加光程或者或改變一類分光束的光路。
[0032]請參閱圖5，圖5是本申請多通道光譜模組又再一實施方式的結構示意圖。進一步優(yōu)化于圖1所示的實施方式，本實施方式的多通道光譜還包括:至少一個分光濾光片560，所述至少一個分光濾光片560間隔設置在所述入光部510與所述衍射光柵520之間的測試光束a光路上。帶通濾光片還包括數量與所述分光濾光片560相同的所述二類帶通濾光片532，所述探測器還包括與所述二類帶通濾光片532 —一對應的二類探測器542，一個二類帶通濾光片532和一個二類探測器542為一組，每組所述二類帶通濾光片532、對應的二類探測器542設置在不同分光濾光片560的分光光路上，使得所述測試光束a經所述分光濾光片560分光得到的二類分光束C，所述二類分光束c經過設置在所述二類帶通濾光片532實現濾光后，入射到所述對應的二類探測器542。由于光束經過衍射光柵分光光束的能量會以光柵衍射效率分布而衰減，對于一些能量較弱的譜段，采用通過分光濾光片進行單獨分光，再通過對應帶寬的二類帶通濾光片將其濾光透射到第二探測器中，實現對該譜段光束的單獨探測，避免了能量的過多衰減而影響探測。
[0033]其中，本申請的二類帶通濾光片與一類帶通濾光片相同，且每個二類帶通濾光片的帶寬不須相同。優(yōu)選地，該帶通濾光片為窄帶濾光片。另外，該濾光片的設置方式可以為連續(xù)并排方式或者分立方式，其中，分立方式即為帶通濾光片間單獨設置，如圖1-5所示的一類帶通濾光片的設置。并排方式即為將多個帶通濾光片固定間隔并列連接驅動在一起，如圖6所示的一類帶通濾光片631的設置方式為連續(xù)并排的方式。
[0034]本申請的二類探測器與一類探測器相同，同樣可優(yōu)選設置如上所述的狹縫，以空間提高光譜分辨率。具體，該探測器可以為光電探測器。另外，探測器可集成在一個或多個探測陣列中(圖7所示一類探測器741均設置在一個探測陣列743中)、或所述探測器獨立設置(如圖1_5所不)。
[0035]需要說明的是，本申請多通道光譜模組的衍射光柵的數量為一個或多個，以滿足分光要求。且，所述衍射光柵可以為透射式光柵或反射式光柵。所述衍射光柵也可為平面光柵或凹面光柵。在此對衍射光柵種類不作具體限定。
[0036]可以理解的是,上述實施方式中入射的測試光束為平行光束，在其他實施方式中，該測試光束可以根據模組結構大小、濾光片尺寸大小以及光譜分辨精度設定為平行光束、發(fā)散光束或匯聚光束。當該測試光束為匯聚光束，衍射光柵對會光束進行分光得到的一類分光束色散角小，比平行測試光束分光得到的一類分光束分布更緊湊，從而可滿足模組結構緊湊，體積更小化。當該測試光束為發(fā)散光束，光柵分光后一類分光束的色散角大，比平衡測試光束分光得到的一類分光束分布更分離，從而更容易設置濾光片和探測器，且光譜分辨率高。
[0037]本申請無需設置如單光柵系統(tǒng)的入射狹縫以限制分光后的光譜帶寬，實際的光譜帶寬由帶通濾光片的帶寬、尺寸大小、與衍射光柵間距以及探測器像元尺寸等綜合決定。當濾光片與衍射光柵間距固定且較小的情況下，為了避免減小帶通濾光片帶寬而帶來的成本增加，可以相應減小探測器的面積或在其上增加如上面實施方式所述的狹縫以限制帶寬。當模組體積較為緊湊的情況下，可以在模組中增加反射鏡組以轉折部分空間分光的光路，同時分立放置各探測通道對應的濾光片和探測器。
[0038]通過上述方案，本申請有效的將衍射光柵的空間分光和濾光片光譜分光的特點結合起來，實現快速的多通道光譜同時探測，故具有較高的性價比，且光譜分辨率高，結構及安裝簡單。同時，由于測試光束直接從入射部入射到衍射光柵上，無需設置入射狹縫，保證較高的通光量。
[0039]以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種多通道光譜模組，其特征在于，包括: 入光部； 衍射光柵，所述衍射光柵設置在所述入光部出光一側，對從入光部入射的測試光束進行衍射分光，按光譜通道得到多束一類分光束； 帶通濾光片以及探測器，其中，所述帶通濾光片包括多個一類帶通濾光片，所述探測器包括與所述多個一類帶通濾光片一一對應的多個一類探測器，每組所述一類帶通濾光片、對應的一類探測器沿不同所述一類分光束的光路前后設置，使得不同束的所述一類分光束經過不同的所述一類帶通濾光片實現濾光后，入射到所述對應的一類探測器。
2.根據權利要求1所述的多通道光譜模組，其特征在于，還包括: 至少一個分光濾光片，所述至少一個分光濾光片片間隔設置在所述入光部與所述衍射光柵之間的測試光束光路上； 所述帶通濾光片還包括數量與所述分光濾光片相同的二類帶通濾光片，所述探測器還包括與所述二類帶通濾光片一一對應的二類探測器，每組所述二類帶通濾光片、對應的二類探測器設置在不同分光濾光片的分光光路上，使得所述測試光束經所述分光濾光片片分光得到的二類分光束，所述二類分光束經過設置在所述二類帶通濾光片實現濾光后，入射到所述對應的二類探測器。
3.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于，還包括: 反射鏡組，所述反射鏡組設置在至少部分所述一類分光束的光路上，以將所述至少部分一類分光束反射到設置在所述至少部分一類分光束的反射光路上的一類濾光片及對應一類探測器上。
4.根據權利要求3所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述反射鏡組包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的至少一種。
5.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述探測器接近對應的所述帶通濾光片的一側設置有狹縫，所述狹縫的尺寸小于所述帶通濾光片出射的分光束的光敏面積，以使所述出射的分光束的部分光從所述狹縫入射到探測器中。
6.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述衍射光柵的數量為一個或多個。
7.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述衍射光柵為透射式光柵或反射式光柵。
8.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述衍射光柵為平面光柵或凹面光柵。
9.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述多個一類帶通濾光片的設置方式為連續(xù)并排方式或者分立方式。
10.根據權利要求1或2所述的多通道光譜模組，其特征在于， 所述多個一類探測器集成在一個或多個探測陣列中、或所述多個一類探測器均獨立設置。
【文檔編號】G01N21/01GK204027990SQ201420337942
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】殷秀萍, 蔡菊艷 申請人:殷秀萍, 蔡菊艷