本發(fā)明涉及光譜測試及光譜分析技術(shù)，特別是一種光學(xué)透鏡系統(tǒng)及光譜儀。

背景技術(shù)：

1、光譜儀又稱分光儀，廣泛為人知的為直讀光譜儀。以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置。它由一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)，一個成像系統(tǒng)和一個或多個出射狹縫組成。窄波段光譜儀需要將光盡可能的在空間上分開以便探測器分辨不同的波長。在此基礎(chǔ)上，光譜儀聚焦的光斑越小，分辨率越高，然而在焦距固定的前提下，高分辨率會使光譜儀的口徑越大。因此現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)光譜儀所需的準(zhǔn)直光源寬度越寬時，光譜儀的體積越大，很難實現(xiàn)光譜儀的小型化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)透鏡系統(tǒng)及光譜儀，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

2、為了實現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明提供了一種光學(xué)透鏡系統(tǒng)，包括沿光束傳輸路徑依次設(shè)置的準(zhǔn)直元件、色散元件和聚焦元件，所述色散元件包括至少一個棱柵，所述棱柵包括棱鏡和超表面光柵，所述棱鏡包括依次設(shè)置在光束傳輸路徑上的入射面、反射面以及出射面，所述光柵設(shè)置于所述入射面或出射面。

3、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述棱鏡包括兩塊相同的第一直角棱鏡、第二直角棱鏡，所述第一直角棱鏡與第二直角棱鏡相對于所述光柵呈軸對稱設(shè)置；

4、所述第一直角棱鏡和第二直角棱鏡均包括斜面、直角側(cè)面和直角底面，所述直角底面為所述反射面，所述第一直角棱鏡與所述第二直角棱鏡中的一個的斜面為入射面、直角側(cè)面為出射面，另一個的直角側(cè)面為入射面，斜面為出射面。

5、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述準(zhǔn)直元件的中心與棱柵的中心位于同一水平面上。

6、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述斜面與直角側(cè)面形成的夾角α≥45°。

7、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光柵形成于所述第一直角棱鏡的直角側(cè)面，所述第二直角棱鏡的直角側(cè)面與所述光柵背離第一直角棱鏡的側(cè)壁連接。

8、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光柵連接于所述第一直角棱鏡的直角側(cè)面和第二直角棱鏡的直角側(cè)面之間，所述光柵具有凸出于所述第一直角棱鏡和第二直角棱鏡的延伸段。

9、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述延伸段包括凸出于所述直角底面的第一延伸段，所述第一延伸段沿其延伸方向的端面為第一反射面，所述第一延伸段與超表面光柵中的微結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)為第二反射面。

10、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)沿軸向上的尺寸范圍為15mm～22mm；所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)沿徑向上的尺寸范圍為3.5mm～7.5mm。

11、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述棱鏡為等腰直角棱鏡，所述棱鏡具有第一直角側(cè)面、第二直角側(cè)面以及斜側(cè)面，所述第一直角側(cè)面為所述入射面，所述第二直角側(cè)面為所述反射面，所述斜側(cè)面為所述出射面，所述光柵位于所述第一直角側(cè)面。

12、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述棱柵至少設(shè)置有兩個，若干所述棱柵沿光束傳輸路徑排列。

13、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，若干所述棱鏡沿光束傳輸路徑方向的中心線位于同一平面上。

14、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，相鄰兩個所述棱柵中靠近所述準(zhǔn)直元件的棱柵的尺寸小于遠(yuǎn)離所述準(zhǔn)直元件的棱柵的尺寸。

15、作為本發(fā)明一實施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，利用化學(xué)鍵合或膠合的方式連接所述超表面光柵和棱鏡。

16、為了實現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明還提供了一種光譜儀，包括上述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用棱鏡與超表面光柵的結(jié)合，超表面光柵由于具備納米級的制造精度，在形成的棱柵結(jié)構(gòu)中提高了光柵衍射的效率，并且具備優(yōu)益的色散性能。在焦距固定的前提下，大寬度的準(zhǔn)直光源經(jīng)過超表面光柵和棱鏡的衍射和折射能夠形成寬色散的光束，因此超表面光柵和棱鏡的組合結(jié)構(gòu)在不影響色散寬度的前提下可以減小光學(xué)透鏡系統(tǒng)的體積，進(jìn)而實現(xiàn)光譜儀的小型化。同時，光束自入射面進(jìn)入至棱鏡內(nèi)，在反射面的作用下，光束能夠在棱鏡內(nèi)部再次進(jìn)行傳輸，可以充分利用整個棱鏡的空間，進(jìn)一步縮小光學(xué)透鏡系統(tǒng)的體積。

技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)透鏡系統(tǒng)，包括設(shè)置在光束傳輸路徑上的色散元件(20)，其特征在于：所述色散元件(20)包括至少一個棱柵，所述棱柵包括棱鏡和超表面光柵，所述棱鏡包括依次設(shè)置在光束傳輸路徑上的入射面、反射面以及出射面，所述光柵設(shè)置于所述入射面或出射面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述棱鏡包括相同的第一直角棱鏡(21)、第二直角棱鏡(23)，所述第一直角棱鏡(21)與第二直角棱鏡(23)相對于所述光柵呈軸對稱設(shè)置；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)還包括位于所述棱柵入射光一側(cè)的準(zhǔn)直元件(10)，所述準(zhǔn)直元件(10)的中心與棱柵的中心位于同一水平面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述斜面與直角側(cè)面形成的夾角α≥45°。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述超表面光柵形成于所述第一直角棱鏡(21)的直角側(cè)面，所述第二直角棱鏡(23)的直角側(cè)面與所述超表面光柵背離第一直角棱鏡(21)的側(cè)壁連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述超表面光柵位于所述第一直角棱鏡(21)的直角側(cè)面和第二直角棱鏡(23)的直角側(cè)面之間，所述超表面光柵具有凸出于所述第一直角棱鏡(21)和第二直角棱鏡(23)的延伸段。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述延伸段包括凸出于所述直角底面的第一延伸段(223)，所述第一延伸段(223)沿其延伸方向的端面為第一反射面(221)，所述第一延伸段(223)與超表面光柵中的微結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)為第二反射面(222)。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)沿軸向上的尺寸范圍為15mm～22mm；所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)沿徑向上的尺寸范圍為3.5mm～7.5mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述棱鏡為等腰直角棱鏡，所述棱鏡具有第一直角側(cè)面(241)、第二直角側(cè)面(242)以及斜側(cè)面(243)，所述第一直角側(cè)面(241)為所述入射面，所述第二直角側(cè)面(242)為所述反射面，所述斜側(cè)面(243)為所述出射面，所述超表面光柵位于所述第一直角側(cè)面(241)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述棱柵至少設(shè)置有兩個，若干所述棱柵沿光束傳輸路徑排列。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：若干所述棱鏡沿光束傳輸路徑方向的中心線位于同一平面上。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：相鄰兩個所述棱柵中靠近所述準(zhǔn)直元件的棱柵的尺寸小于遠(yuǎn)離所述準(zhǔn)直元件的棱柵的尺寸。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其特征在于：利用化學(xué)鍵合或膠合的方式連接所述超表面光柵和棱鏡。

14.一種光譜儀，其特征在于：包括如權(quán)利要求1－13中任意一項所述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種光學(xué)透鏡系統(tǒng)、光譜儀，光譜儀包括前述的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。光學(xué)透鏡系統(tǒng)包括沿光束傳輸路徑依次設(shè)置的準(zhǔn)直元件、色散元件和聚焦元件，色散元件包括棱柵，棱柵為棱鏡和光柵的組合結(jié)構(gòu)，其中光柵為超表面光柵，棱鏡包括依次設(shè)置在光束傳輸路徑上的入射面、反射面以及出射面，光柵設(shè)置于入射面或出射面，本光學(xué)透鏡系統(tǒng)中光束的入射方向與出射方向相同。本發(fā)明中的超表面光柵在形成的棱柵結(jié)構(gòu)中提高了光柵衍射的效率，并且具備優(yōu)益的色散性能，同時光束自入射面進(jìn)入至棱鏡內(nèi)，在反射面的作用下，光束能夠在棱鏡內(nèi)部再次進(jìn)行傳輸，可以充分利用整個棱鏡的空間，縮小光學(xué)透鏡系統(tǒng)的體積。

技術(shù)研發(fā)人員：馬釗,段輝,楊新征,范鴻杰,胡亞斌
受保護的技術(shù)使用者：蘇州山河光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21