成像光譜儀的制作方法

本實用新型涉及，尤其涉及一種可提高熒光探測效率的成像光譜儀。

背景技術：

成像光譜儀最初用于地面礦物的識別，后來在攝影測量與遙感、顯微成像等許多領域均有應用。成像光譜儀的最基本結構是：狹縫-透鏡-光柵-透鏡-相機。狹縫用于選取單條線上的樣品信息，光柵將樣品的光譜分離，不同的光譜成像在相機感光面的不同線陣列上。相機每拍攝一張圖，相當于得到了樣品上一條線的信息，這時再改變樣品的位置，相機將得到另一條線上的信息，如此重復就得到一個二維平面的光譜和結構信息。

但當樣品發出的熒光很弱而且發散度較大時，狹縫的空間選擇性會阻擋許多有效的熒光光子，導致熒光探測效率很低。

技術實現要素：

有鑒于此，為了克服現有技術的缺陷和問題，本實用新型提供一種可提高熒光探測效率的成像光譜儀。

一種成像光譜儀，其包括沿光線傳輸方向依次設置的振鏡組或柱面鏡、第一透鏡、反射鏡、第二透鏡、二向色鏡、物鏡、光柵、成像透鏡及相機，所述第一透鏡和所述第二透鏡垂直設置，所述反射鏡設于所述第一透鏡的焦點處，樣品設置于所述物鏡出射激光的一端，所述反射鏡、所述第二透鏡、所述二向色鏡、所述物鏡和所述樣品設于同一直線上，飛秒激光射向所述振鏡組或柱面鏡，經所述第一透鏡聚焦于所述反射鏡，被所述反射鏡反射至所述第二透鏡準直并射向所述二向色鏡，所述二向色鏡透射激光而反射熒光，透射過所述二向色鏡的飛秒激光經所述物鏡后射向樣品，樣品中的熒光粉受所述飛秒激光的激發產生熒光并射向所述二向色鏡，熒光被所述二向色鏡反射至所述光柵進行光譜分離，經所述光柵光譜分離后的熒光經過所述成像透鏡并成像于所述相機的感光面。

本實用新型一較佳實施方式中，所述振鏡組包括第一機械振鏡和第二機械振鏡，所述第一機械振鏡的掃描方向為快軸，所述第二機械振鏡的掃描方向為垂直于所述快軸的慢軸。

本實用新型一較佳實施方式中，所述第一機械振鏡和所述第二機械振鏡相互平行設置。

本實用新型一較佳實施方式中，所述第一機械振鏡和所述第二機械振鏡相對于水平方向45°設置。

本實用新型一較佳實施方式中，所述反射鏡和所述二向色鏡相互垂直，且所述二向色鏡相對于水平方向45°設置。

本實用新型一較佳實施方式中，所述光柵垂直于水平方向設置。

相較于現有技術，本實用新型提供的成像光譜儀通過飛秒激光對樣品進行線照明，利用雙光子熒光激發效應的空間選擇性，替代了一般光譜儀的狹縫結構，提高了成像光譜儀的熒光探測效率，再通過機械振鏡掃描照明線或移動樣品的方式能重構出一幅二維光譜圖像。本實用新型的成像光譜儀在攝影測量與遙感、顯微成像、地質礦物識別等應用領域均有應用價值。

附圖說明

圖1為本實用新型第一實施例提供的使用振鏡掃描形成飛秒激光照明線的成像光譜儀的示意圖；

圖2為本實用新型第二實施例提供的使用柱面鏡形成飛秒激光照明線的成像光譜儀示意圖；

圖3位光譜像在相機感光面上的分布示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施方式。以上僅為本實用新型的優選實施例，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。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1，本實用新型第一實施例提供一種成像光譜儀，其包括沿光線傳輸方向依次設置的第一機械振鏡21和第二機械振鏡22、第一透鏡23、反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35、物鏡33、光柵36、成像透鏡37及相機38。第一透鏡23和第二透鏡32垂直設置，反射鏡31設于第一透鏡23的焦點處。反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35、物鏡33和樣品34設于同一直線上。

飛秒激光11依次經過第一機械振鏡21、第二機械振鏡22、第一透鏡23、反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35及物鏡33后到達樣品34。

可以理解的是，樣品34設置于物鏡33出射激光的一端，由此，從物鏡33出射的激光射向樣品34并激發樣品34中的熒光粉產生熒光，熒光穿過物鏡并射向二向色鏡35。

飛秒激光11經過第一機械振鏡21和第二機械振鏡22進行掃描，其中，第一機械振鏡21的掃描方向為照明線的方向，為快軸，第二機械振鏡22的掃描方向為光譜分離的方向，為慢軸；快軸與慢軸相互垂直。飛秒激光11在物鏡33的焦面上聚焦成一個焦點，經過第一快軸機械振鏡21掃描后形成一條照明線。

優選地，第一機械振鏡21和第二機械振鏡22相互平行設置，且第一機械振鏡21和第二機械振鏡22相對于水平方向45°設置。

本實施例中，二向色鏡35的作用是分離飛秒激光11和熒光12，其透射激光而反射熒光。

樣品在照明線上發射的熒光12具有某種光譜，通過物鏡33收集后再通過二向色鏡35反射至光柵36。

本實施例中，反射鏡31和二向色鏡35相互垂直，且二向色鏡35相對于水平方向45°設置，即反射鏡31相對于水平方向-45°設置。

光柵36對熒光12起到光譜分離作用，經光譜分離后的熒光12(λ1、λ2、λ3)經過成像透鏡37成像在相機38的感光面上，感光面上每一條線陣列對應一種光譜成分。

本實施例中，光柵36垂直于水平方向設置。

可以理解的是，本實施例通過第二機械振鏡22掃描照明線的方式，激光照明樣品另外一條線，相機將得到另一條線上的信息，如此重復就可以得到一個二維平面的信息，進而能重構出一幅二維的光譜圖像。

請參閱圖2，本實用新型第二實施例提供一種成像光譜儀，其包括沿光線傳輸方向依次設置的柱面鏡24、第一透鏡23、反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35、物鏡33、光柵36、成像透鏡37及相機38。

可知，與本實用新型第一實施提供的成像光譜儀的區別在于：本實施例以柱面鏡24代替振鏡組，即第一機械振鏡21和第二機械振鏡22。

飛秒激光11依次經過柱面鏡24、第一透鏡23、反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35及物鏡33后到達樣品34。

可以理解的是，樣品34設置于物鏡33出射激光的一端，由此，從物鏡33出射的激光射向樣品34并激發樣品34中的熒光粉產生熒光，熒光穿過物鏡并射向二向色鏡35。

飛秒激光11通過柱面鏡24后，最終在物鏡33的焦面上聚焦成一條焦線。焦線方向或柱面鏡24的透鏡弧線方向與光譜分離方向垂直。

本實施例中，二向色鏡35的作用是分離飛秒激光11和熒光12，其透射激光而反射熒光。

樣品在照明線上發射的熒光12具有某種光譜，通過物鏡33收集后再通過二向色鏡35反射至光柵36。

本實施例中，反射鏡31和二向色鏡35相互垂直，且二向色鏡35相對于水平方向45°設置，即反射鏡31相對于水平方向-45°設置。

光柵36對熒光12起到光譜分離作用，經光譜分離后的熒光12(λ1、λ2、λ3)經過成像透鏡37成像在相機38的感光面上，感光面上每一條線陣列對應一種光譜成分。

本實施例中，光柵36垂直于水平方向設置。

可以理解的是，本實施例通過移動樣品的方式，激光照明樣品另外一條線，相機將得到另一條線上的信息，如此重復就可以得到一個二維平面的信息，進而能重構出一幅二維的光譜圖像。

請參閱圖3，是光譜像在相機38的感光面上的分布示意圖。熒光像是一個光譜分離的像51(或52)，分布在感光陣列4上。

圖中感光陣列4的豎向為線掃描方向(即照明線方向或快軸)，橫向為光譜分離方向(即慢軸)。

光譜分離的熒光像51(或52)在感光陣列4上分布形成為：每一條豎陣列對應一個光譜分量的像(如λ1到λ3)。

相機每拍攝一張圖，就得到一幅熒光像分布圖，相當于得到了樣品一條線上的結構和光譜信息。

可以理解的是，通過第二機械振鏡22掃描照明線或移動樣品的方式，激光照明樣品另外一條線，相機將得到另一條線上的信息，如此重復就可以得到一個二維平面的信息，進而能重構出一幅二維的光譜圖像。

需要注意的是，通過第二機械振鏡22掃描照明線位置時，熒光像在感光陣列4上的位置也發生改變，如圖中熒光像51的位置隨著掃描移動到熒光像52的位置。

相較于現有技術，本實用新型提供的成像光譜儀通過飛秒激光對樣品進行線照明，利用雙光子熒光激發效應的空間選擇性，替代了一般光譜儀的狹縫結構，提高了成像光譜儀的熒光探測效率，再通過機械振鏡掃描照明線或移動樣品的方式能重構出一幅二維光譜圖像。本實用新型的成像光譜儀在攝影測量與遙感、顯微成像、地質礦物識別等應用領域均有應用價值。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。