本實(shí)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(shù)：

成像光譜儀最初用于地面礦物的識(shí)別，后來在攝影測量與遙感、顯微成像等許多領(lǐng)域均有應(yīng)用。成像光譜儀的最基本結(jié)構(gòu)是：狹縫-透鏡-光柵-透鏡-相機(jī)。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(jī)感光面的不同線陣列上。相機(jī)每拍攝一張圖，相當(dāng)于得到了樣品上一條線的信息，這時(shí)再改變樣品的位置，相機(jī)將得到另一條線上的信息，如此重復(fù)就得到一個(gè)二維平面的光譜和結(jié)構(gòu)信息。

但當(dāng)樣品發(fā)出的熒光很弱而且發(fā)散度較大時(shí)，狹縫的空間選擇性會(huì)阻擋許多有效的熒光光子，導(dǎo)致熒光探測效率很低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和問題，本實(shí)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(shè)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(jī)，所述第一透鏡和所述第二透鏡垂直設(shè)置，所述反射鏡設(shè)于所述第一透鏡的焦點(diǎn)處，樣品設(shè)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(shè)于同一直線上，飛秒激光射向所述振鏡組或柱面鏡，經(jīng)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(zhǔn)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(jīng)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(fā)產(chǎn)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(jìn)行光譜分離，經(jīng)所述光柵光譜分離后的熒光經(jīng)過所述成像透鏡并成像于所述相機(jī)的感光面。

本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中，所述振鏡組包括第一機(jī)械振鏡和第二機(jī)械振鏡，所述第一機(jī)械振鏡的掃描方向?yàn)榭燧S，所述第二機(jī)械振鏡的掃描方向?yàn)榇怪庇谒隹燧S的慢軸。

本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中，所述第一機(jī)械振鏡和所述第二機(jī)械振鏡相互平行設(shè)置。

本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中，所述第一機(jī)械振鏡和所述第二機(jī)械振鏡相對(duì)于水平方向45°設(shè)置。

本實(shí)用新型一較佳實(shí)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(duì)于水平方向45°設(shè)置。

本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中，所述光柵垂直于水平方向設(shè)置。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的成像光譜儀通過飛秒激光對(duì)樣品進(jìn)行線照明，利用雙光子熒光激發(fā)效應(yīng)的空間選擇性，替代了一般光譜儀的狹縫結(jié)構(gòu)，提高了成像光譜儀的熒光探測效率，再通過機(jī)械振鏡掃描照明線或移動(dòng)樣品的方式能重構(gòu)出一幅二維光譜圖像。本實(shí)用新型的成像光譜儀在攝影測量與遙感、顯微成像、地質(zhì)礦物識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域均有應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)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(shí)用新型第二實(shí)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(jī)感光面上的分布示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式。以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供一種成像光譜儀，其包括沿光線傳輸方向依次設(shè)置的第一機(jī)械振鏡21和第二機(jī)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(jī)38。第一透鏡23和第二透鏡32垂直設(shè)置，反射鏡31設(shè)于第一透鏡23的焦點(diǎn)處。反射鏡31、第二透鏡32、二向色鏡35、物鏡33和樣品34設(shè)于同一直線上。

飛秒激光11依次經(jīng)過第一機(jī)械振鏡21、第二機(jī)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(dá)樣品34。

可以理解的是，樣品34設(shè)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(fā)樣品34中的熒光粉產(chǎn)生熒光，熒光穿過物鏡并射向二向色鏡35。

飛秒激光11經(jīng)過第一機(jī)械振鏡21和第二機(jī)械振鏡22進(jìn)行掃描，其中，第一機(jī)械振鏡21的掃描方向?yàn)檎彰骶€的方向，為快軸，第二機(jī)械振鏡22的掃描方向?yàn)楣庾V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(gè)焦點(diǎn)，經(jīng)過第一快軸機(jī)械振鏡21掃描后形成一條照明線。

優(yōu)選地，第一機(jī)械振鏡21和第二機(jī)械振鏡22相互平行設(shè)置，且第一機(jī)械振鏡21和第二機(jī)械振鏡22相對(duì)于水平方向45°設(shè)置。

本實(shí)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(fā)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(shí)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(duì)于水平方向45°設(shè)置，即反射鏡31相對(duì)于水平方向-45°設(shè)置。

光柵36對(duì)熒光12起到光譜分離作用，經(jīng)光譜分離后的熒光12(λ1、λ2、λ3)經(jīng)過成像透鏡37成像在相機(jī)38的感光面上，感光面上每一條線陣列對(duì)應(yīng)一種光譜成分。

本實(shí)施例中，光柵36垂直于水平方向設(shè)置。

可以理解的是，本實(shí)施例通過第二機(jī)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(jī)將得到另一條線上的信息，如此重復(fù)就可以得到一個(gè)二維平面的信息，進(jìn)而能重構(gòu)出一幅二維的光譜圖像。

請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供一種成像光譜儀，其包括沿光線傳輸方向依次設(shè)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(jī)38。

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

飛秒激光11依次經(jīng)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(dá)樣品34。

可以理解的是，樣品34設(shè)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(fā)樣品34中的熒光粉產(chǎn)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(shí)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(fā)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(shí)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(duì)于水平方向45°設(shè)置，即反射鏡31相對(duì)于水平方向-45°設(shè)置。

光柵36對(duì)熒光12起到光譜分離作用，經(jīng)光譜分離后的熒光12(λ1、λ2、λ3)經(jīng)過成像透鏡37成像在相機(jī)38的感光面上，感光面上每一條線陣列對(duì)應(yīng)一種光譜成分。

本實(shí)施例中，光柵36垂直于水平方向設(shè)置。

可以理解的是，本實(shí)施例通過移動(dòng)樣品的方式，激光照明樣品另外一條線，相機(jī)將得到另一條線上的信息，如此重復(fù)就可以得到一個(gè)二維平面的信息，進(jìn)而能重構(gòu)出一幅二維的光譜圖像。

請(qǐng)參閱圖3，是光譜像在相機(jī)38的感光面上的分布示意圖。熒光像是一個(gè)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?yàn)榫€掃描方向(即照明線方向或快軸)，橫向?yàn)楣庾V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(duì)應(yīng)一個(gè)光譜分量的像(如λ1到λ3)。

相機(jī)每拍攝一張圖，就得到一幅熒光像分布圖，相當(dāng)于得到了樣品一條線上的結(jié)構(gòu)和光譜信息。

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

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

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的成像光譜儀通過飛秒激光對(duì)樣品進(jìn)行線照明，利用雙光子熒光激發(fā)效應(yīng)的空間選擇性，替代了一般光譜儀的狹縫結(jié)構(gòu)，提高了成像光譜儀的熒光探測效率，再通過機(jī)械振鏡掃描照明線或移動(dòng)樣品的方式能重構(gòu)出一幅二維光譜圖像。本實(shí)用新型的成像光譜儀在攝影測量與遙感、顯微成像、地質(zhì)礦物識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域均有應(yīng)用價(jià)值。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。