本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光谱仪。
背景技术：
基于棱镜或者光栅分光的光谱仪，其光谱仪所形成的光谱分辨率和光谱范围之间相互制约，当光谱分辨率越高，则由同一探测器所形成的光谱范围越窄。目前，利用高色散本领的分光器件、长的光学系统焦距以及大尺寸的光电探测器可以同时实现高的光谱分辨率和宽的光谱范围，但光谱仪尺寸也随之变大，无法实现其光谱仪的小型化。而对于微型光谱仪系统，虽然结构尺寸较小，但是却无法同时实现高的光谱分辨率和宽的光谱范围。
而光谱仪系统中常利用可调谐法布里-珀罗(fabry–pérot，以下简称f-p)干涉仪去获取目标场景的光谱信息，f-p干涉仪具有极高的光谱分辨率，很小的自由光谱区(即各色光干涉极大，而不发生级次交叠的最大波长范围，通常用来表征f-p干涉仪的有效光谱范围)，但同样不能兼顾光谱分辨率和光谱范围。具有f-p干涉仪的光谱仪系统常用于窄谱段范围内的高分辨率光谱分析，比如，用于激光器中对窄谱段范围内的精细光谱特性分析时，传统的f-p干涉仪分辨率为1x10-5cm-1到1x10-3cm-1，自由光谱范围为0.01-0.1cm-1；而基于微机电系统(mems)技术的近红外f-p干涉仪则分辨率较差约为40-100cm-1，自由光谱范围约为1×10-3cm-1。因此，在微型光谱仪系统中，对于如何同时实现高的光谱分辨率和宽的光谱范围是亟待解决的问题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述问题，提出了一种光谱仪，可以同时实现高的光谱分辨率和宽的光谱范围。
根据本发明的一个方面，提供了一种光谱仪，所述光谱仪包括：
分光单元，用于将接收到的平行光束以不同波长出射，形成多个不同波长的光束；
成像系统，用于接收所述多个不同波长的光束，并将所述多个不同波长的光束汇聚成像以形成光信号；
其中，所述分光单元具有干涉距离，所述分光单元利用所述干涉距离调整所述平行光束的波长，以形成多个不同波长的光束。
其中，所述分光单元包括第一分光件和第二分光件；
所述第一分光件包括第一面，所述第二分光件包括第二面，所述第一面与所述第二面相对平行设置，且所述第一面和所述第二面之间形成所述干涉距离。
其中，所述第一分光件的位置可调整，通过调整所述第一分光件的位置调整所述干涉距离；
所述第一分光件和所述第二分光件沿所述光束传输方向依次设置。
其中，所述第一分光件为棱镜组或者平行玻璃板组。
其中，所述第二分光件为棱镜组或者衍射光栅组。
其中，所述光谱仪还包括：
入射单元，用于接收入射光源；
准直系统，用于将所述入射光源准直形成所述平行光束。
其中，所述准直系统为透镜。
其中，所述入射单元为入射狭缝或者入射小孔。
其中，所述光谱仪还包括探测单元，用于将所述光信号转化为电信号。
其中，所述探测单元为线阵探测器或者面阵探测器。
本发明中的光谱仪，可以实现以下有益效果：通过分光单元中的结构，可以同时兼顾光谱分辨率和光谱范围，解决了微型光谱仪的弊端，从而使微小型的光谱仪同时具备高的光谱分辨率和宽的光谱范围。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个示例性实施例中给出的光谱仪整体结构的示意图；
图2是本申请另一个示例性实施例中给出的光谱仪整体结构的示意图；
图3是本申请另一个示例性实施例中给出的光谱仪整体结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请提供了一种光谱仪，用于解决不能同时实现高的光谱分辨率和宽的光谱范围的问题。光谱仪包括分光单元，用于将接收到的平行光束以不同波长出射，形成多个不同波长的光束。成像系统，用于接收多个不同波长的光束，并将多个不同波长的光束汇聚成像以形成光信号。其中，分光单元具有干涉距离，分光单元利用干涉距离调整平行光束的波长，以形成多个不同波长的光束。本申请所提供的光谱仪结构简单，在微小的尺寸下，通过分光单元同时实现了高光谱分辨率和宽的光谱范围。
下面结合附图，详细说明该光谱仪。
如图1所示，在本申请的一个示例性实施例中，光谱仪，包括分光单元1，用于将接收到的平行光束以不同波长出射，形成多个不同波长的光束。成像系统2，用于接收多个不同波长的光束，并将多个不同波长的光束汇聚成像以形成光信号，其中，成像系统2为透镜组，比如，成像系统2可以为经典的四组六片双高斯结构透镜组，成像系统2用于接收由分光单元1色散及滤波后的光束，并将其光束汇聚到成像面，且由于不同波长的光入射角度不同，所以由成像系统2转换后，转换后的光束成像在像面的不同位置，但上述对于成像系统2结构的具体限定仅为示例性说明，并不对本申请构成限制，只要可以实现成像的功能即可。而在该实施例中，分光单元1和成像系统2沿光束传输方向依次设置。其中，分光单元1具有干涉距离d，分光单元1利用干涉距离d调整平行光束的波长，以形成多个不同波长的光束，实现了波长干涉的极大值以及自由光谱范围的调谐。
如图1所示，在该实施例中，分光单元1包括第一分光件11和第二分光件12，第一分光件11包括第一面，第二分光件12包括第二面，第一面与第二面相对平行且相邻设置，且第一面和第二面之间形成干涉距离d。其中，第一分光件11的位置可调整，通过调整第一分光件11的位置调整干涉距离d，第一分光件11和第二分光件12沿光束传输方向依次设置。
如图1所示，在该实施例中，第一分光件11可以为棱镜组，第二分光件12也为棱镜组。其中，第一分光件11为动棱镜组，第二分光件12为定棱镜组，动棱镜组中的第一面与定棱镜组的第二面相邻且平行设置，且第一面与第二面之间具有一定距离，此距离即为干涉距离d，而动棱镜组的第一面和定棱镜组的第二面上均镀有具有高反射的反射膜，镀有反射膜的第一面和第二面之间形成光学谐振腔，即，f-p干涉腔，平行光束通过f-p干涉腔转换以形成多个不同波长的光束。同时，为获取不同的光谱分辨率和光谱范围，在保持第一面与第二面平行的前提下，沿着图1中箭头所示的方向，移动动棱镜组以调整f-p干涉腔的干涉距离d，从而调谐波长干涉的极大值和自由光谱的范围，f-p干涉腔投射的光谱为以自由光谱范围为周期的等频率间隔光谱频率梳，其经过动棱镜组和定棱镜组的空间色散后，光谱频率梳的不同波长的光谱成分以不同角度出射，从而映射至成像系统2上，并汇聚成光信号。
在该实施例中，自由光谱范围fsr满足以下公式：
fsr＝1/2d
其中，d为干涉距离；
f-p干涉仪的光谱分辨率为：
resolution＝fsr/f
其中，f为精细度；
例如，为获得160cm-1的自由光谱范围，干涉仪距离d为d＝1/2*fsr＝31.25μm；
例如，f-p的综合精细度f优于20，则f-p干涉仪的光谱分辨率优于resolution＝fsr/f＝160cm-1/20＝8cm-1；
如图1所示，在本实施例中，通过微移第一分光元件11(动棱镜组)调整干涉距离d，从而实现光谱分光单元1的可调谐滤波，对于该光谱仪系统进行大于，或者，等于20次的等频率间隔光谱扫描采集即可完成对一条光谱的完整扫描，当设置扫描次数为20次时，光谱扫描间隔为8cm-1。
如图2所示，在本申请的另一个示例性实施例中，第一分光件11可以为平行玻璃板组，第二分光件12为定棱镜组，平行玻璃板组中的第一面与定棱镜组的第二面相邻且平行设置，且第一面与第二面之间具有一定距离，此距离即为干涉距离d，而平行玻璃板组的第一面和定棱镜组的第二面上均镀有具有高反射的反射膜，镀有反射膜的第一面和第二面之间形成光学谐振腔，即，f-p干涉腔，平行光束通过f-p干涉腔转换以形成多个不同波长的光束。同时，为获取不同的光谱分辨率和光谱范围，在保持第一面与第二面平行的前提下，沿着图2中箭头所示的方向，移动平行玻璃板组以调整f-p干涉腔的干涉距离d，从而调谐波长干涉的极大值和自由光谱的范围，f-p干涉腔投射的光谱为以自由光谱范围为周期的等频率间隔光谱频率梳，其经过平行玻璃板组和定棱镜组的空间色散后，光谱频率梳的不同波长的光谱成分以不同角度出射，从而映射至成像系统2上，并汇聚成光信号。
如图3所示，在本申请的另一个示例性实施例中，第一分光件11为动棱镜组，第二分光件衍射光栅组，而动棱镜组与衍射光栅组的结合原理与前述动棱镜组与定棱镜组的结合原理相一致，在此不做赘述。
如图1-3所示，在该实施例中，光谱仪还包括入射单元3，用于接收入射光源。其中，入射单元3可以为入射狭缝，或者，入射单元3也可以为入射小孔，且沿光束传输方向所示，入射单元3位于分光单元1之前，用作该光谱仪的入射空间滤波器。光谱仪还包括准直系统4，用于将入射光源准直形成平行光束。其中，准直系统4为透镜，透镜的选择能够实现入射光源的准直功能即可，比如，准直系统4可以是两组双胶合消色差透镜，且沿光束传输方向所示，准直系统4设置在入射单元3和分光单元1之间。
如图1-3所示，在该实施例中，光谱仪还包括探测单元5，用于将光信号转化为电信号，沿光束传输方向，探测单元5设置在成像系统2之后，即，该光谱仪的终端。其中，为了保证响应光谱范围，涵盖光谱仪所设计的波段范围，探测单元5可以为线阵探测器或者面阵探测器，具体地，比如探测单元5可以是ccd、coms、ingaas阵列或者光电二极管阵列等，关于探测单元5的具体限定仅为示例性说明，并不对本申请构成限制，只要可以实现光信号的转换即可。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括：
分光单元，用于将接收到的平行光束以不同波长出射，形成多个不同波长的光束；
成像系统，用于接收所述多个不同波长的光束，并将所述多个不同波长的光束汇聚成像以形成光信号；
其中，所述分光单元具有干涉距离，所述分光单元利用所述干涉距离调整所述平行光束的波长，以形成多个不同波长的光束。
2.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述分光单元包括第一分光件和第二分光件；
所述第一分光件包括第一面，所述第二分光件包括第二面，所述第一面与所述第二面相对平行设置，且所述第一面和所述第二面之间形成所述干涉距离。
3.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一分光件的位置可调整，通过调整所述第一分光件的位置调整所述干涉距离；
所述第一分光件和所述第二分光件沿所述光束传输方向依次设置。
4.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第一分光件为棱镜组或者平行玻璃板组。
5.如权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述第二分光件为棱镜组或者衍射光栅组。
6.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括：
入射单元，用于接收入射光源；
准直系统，用于将所述入射光源准直形成所述平行光束。
7.如权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，所述准直系统为透镜。
8.如权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，所述入射单元为入射狭缝或者入射小孔。
9.如权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括探测单元，用于将所述光信号转化为电信号。
10.如权利要求9所述的光谱仪，其特征在于，所述探测单元为线阵探测器或者面阵探测器。
技术总结