专利名称：具有像差校正凹面衍射光栅和透射像差校正器的光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光谱仪和其中使用的光学系统，特别是，本发明所涉及的光学系统改进了光谱仪的功能，增加了设计上的灵活性和设计方案的选择性。
背景技术：
光谱仪是用于测量和/或记录在可见光或不可见光谱范围内的在某一特定范围内的光辐射的电磁波谱线。它把入射的辐射依频率或波长分开，并用于频谱分析，以确定和分析物质成分。例如，光谱仪产生谱线(能带)，可用以测量，记录和分析这些谱线的组成波长和强度。光谱仪通常工作在一个预先选择的特定的波长区间内，这个区间可从α 射线，X光到远红外的范围内选择。
光谱仪已有长期的演变，并为不同的应用和用途发展成许多不同的类型。 尽管相比于传统的Czerny-Turner结构，其功能和质量已有很多提高，但是高质量的光谱、 系统和系统设计的灵活性以及特殊的功能的组合仍然是光谱仪的设计上的巨大挑战。
发明内容
本发明基于独特的光谱仪光学系统，它结合了各种期望的优点，包括优异的性能、设计的灵活性和高质量光谱像质。依如下所述，本发明的光学系统利用了一个像差校正凹面光栅以及一个或多个透射像差校正器。
例如，二个透射材料单元用作像差校正器，一个用在光束入射到凹面衍射光栅的光路上，而另外一个用在衍射光到达像平面的光路上。
本发明的光学系统和光谱仪具有下列的优点
(1)本光学系统包括像差校正凹面光栅，其具有不相等的间隔和弯曲的光栅条纹图案。特定的光栅条纹图案(比如凹槽)是依特定用途与透视像差校正器件一起设计的。这个特点使通常的光学系统、特别是光学元件的设计和安置更具自由和灵活性。在入射狭缝，像差校正器，凹面光栅和图像记录装置(或者探头)之间的几何自由度和位置安排选择上的增加，使本发明的光谱仪具有独特的功能和用途。
(2)在常用的平场凹面光栅中，其光谱像面的平面性和空间分辩率比罗兰光栅有了改进。但仍然不是很好，尤其当视场增大以后。本发明的光学系统在大视场范围内的光谱分辨率和空间分辨率都比平场凹面光栅的要高得多。
(3)本发明的光学系统具有比反射的Offner光谱仪高得多的色散。Offner 系统的色散不能很大，因为当光栅色散的提高到某一阀值以后，其衍射光会被凸面光栅阻挡。本发明的光学系统没有这样的限制。
(4)本发明的光学系统具有几何尺寸方面的灵活性。例如，可允许设计成更小型紧凑的图像光谱仪。
一方面，本发明一般地可认为是一种光学组件。该光学系统包括从光源接受辐射的入射口(狭缝或孔径)；入射口后光路中的第一透射像差校正器；第一透射像差校正器后光路上的的像差校正凹面衍射光栅，其中该像差校正凹面衍射光栅具有一组非平行的、非等间距的光栅条纹；在像差校正凹面衍射光栅后的第二透射像差校正器；以及在该第二透射像差校正器后用于记录入射狭缝的光谱像的像平面。光源的辐射在第一透射像差校正器折射后，投射到像差校正凹面衍射光栅，并从该像差校正凹面衍射光栅衍射，再通过第二透射像差校正器的折射，投射到像平面上形成入射口的光谱像。
在某些实施例中，该第一和/或第二透射像差校正器具有选择性透过材料，该选择性透过材料对光波长范围从大约0. 13 μ m到大约20 μ m的辐射进行透射。在一些优选的光学组件的实施例，所述第一和/或第二透射像差校正器具有对光波长范围从大约0. 2 μ m到大约2. 5 μ m进行透射的选择性透过材料。
在另一些实施例中，像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的光栅条纹。在优选的实施例中，所述像差校正凹面衍射光栅具有条纹密度大约在50条/mm到 3000条/mm之间的不平行和不等间距的光栅条纹。在更优选的实施例中，所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行和不等间距的光栅条纹的密度大约在200条/mm到2000条/mm之间。
所述第一和第二透射像差校正器可由MgF2, UV级熔融石英玻璃，标准级熔融石英玻璃，K9光学玻璃(BK7)，蓝宝石，锗或硅(或它们的结合)制成。
像差校正凹面衍射光栅由本领域已知的合适的材料或者以后发展起来的材料制成，例如光刻胶，金属薄膜(如铝、金)，保护膜材料如MgF2,光栅的基板可用塑料，玻璃，金属或其他材料做成。
光学装置可以包括单通道，即单一入口和相应的像平面(或出口)或2个或多个入口以及相应的2个或多个像平面(或出口)。
另一方面，本发明主要涉及一种光学系统，其包括从光源接受光辐射的入射口(狭缝或孔径)；入射狭缝后光路上的透射像差校正器；所述第一透射像差校正器后光路上的像差校正凹面衍射光栅，其中该像差校正凹面衍射光栅具有一组既不平行又不等间距的光栅条纹；光路上再经过一次透射像差校正器后用于记录入射狭缝光谱像的像平面。光源的辐射在透射像差校正器折射后投射到像差校正凹面衍射光栅，并被其衍射，光辐射在投射到像平面、形成狭缝的光谱像之前，再一次被透射像差校正器折射。
在另一方面，本发明涉及一种辐射成像的方法。该方法包括从光源接受辐射；通过一第一透射像差校正器折射所述辐射；将被折射的辐射投射到像差校正凹面衍射光栅，并从所述衍射光栅产生衍射辐射，其中，所述像差校正凹面衍射光栅包括一组不平行的和不等间距的光栅条纹，通过一第二透射式像差校正器折射所述衍射辐射，将所述第二像差矫正器折射后的辐射投射到像平面，形成光谱像。
利用本发明的光学系统成像的(例如分析、测量、或记录)辐射包含波长大约从0. 12 μ m到20 μ m的光束，特别是大约0. 2 μ m到2. 5 μ m波长的光束。
在另一方面，本发明涉及另一种辐射成像方法。这方法包括从光源接受辐射，通过一透射像差校正器折射所述辐射；将被折射的辐射投射到一像差校正凹面衍射光栅并且从该像差校正凹面衍射光栅产生一衍射辐射，其中所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行和不等间距的光栅条纹；将所述衍射辐射再经过所述透射像差校正器折射， 将从所述透射像差校正器折射的辐射投射到像平面形成光谱像。
图1是本发明实施例的光学系统的示意图。
图2是本发明另一实施例的的光学系统的示意图。
图3是本发明实施例的衍射光栅的示意图。
图4是本发明实施例中单通道系统的示意图。
图5是本发明实施例中双通道系统的示意图。
图6是本发明实施例中光谱成像系统的示意图。
图7列出了本发明的光学系统中所用的元件的典型材料和相应的波长透
射范围。
具体实施例方式
这里呈现的是一种新型的光谱仪光学装置，独到地综合了各种预期的优点。这些优点包括优异的性能，设计上的灵活性，以及高质量的光谱像。本发明的光学装置具有像差校正凹面衍射光栅以及一个或多个透射像差校正器。例如，二个透射材料单元被用作像差校正器，一个用于入射光入射到凹面衍射光栅的光路上，另一个用于到达像平面之前的衍射光光路上。
如图1所示的本发明的光学系统，光学系统100包括入射口 110(狭缝或孔径)，其从辐射源104接受辐射，辐射源104通常不是本光学系统的一部分。光路上位于入射口 110后的第一透射像差校正器120，光路上位于第一透射像差校正器120后的像差校正凹面衍射光栅140，光路上位于像差校正凹面衍射光栅140后的第二透射像差校正器160 和光路上位于像差校正凹面衍射光栅140后的像平面180(用于显示、测量或记录)。所述第一透射像差校正器120包括在光路上面向狭缝110的接收面IM和面向像差校正凹面衍射光栅140的出射面128。所述第二透射像差校正器160包括在光路上面向像差校正凹面衍射光栅140的接收面164和面向像平面180的出射面168。
在本实施例中，从辐射源104来的辐射首先通过入射口 110，然后通过第一透射像差校正器120，透过的辐射到达像差校正凹面衍射光栅140，并发生衍射。被衍射的辐射通过第二透射像差校正器160，然后，所述辐射被聚焦在像平面180上，用于显示，测量禾口记录。
如图2所示的本发明的光学系统的另一实施例，该光学装置200包括入射口 210(狭缝或孔径)，它从辐射源204接收辐射。辐射源一般不是此光学装置的一部分。 一光路上位于入射口 210后的透射像差校正器220，光路上位于透射像差校正器220后的像差校正凹面衍射光栅对0，以及在光路上位于透射像差校正器220后的像平面280 (用于显示、测量或者记录)。所述透射式像差校正器220包括在光路上面向入射口 210的接收面2 和面向像差校正凹面衍射光栅MO的出射面228。该透射像差校正器220也在像差校正凹面衍射光栅240和像平面280之间的光路中，该光路中的辐射被接收面264接收，从出射面沈8出射。在该实施例中，出射面2 和接收面264形成透射式像差校正器的一个表面(出射面2 和接收面264有可能有不同的曲率半径)。同样地，接收面2M和出射面 268形成透射式像差校正器的另一表面(接收面2M和出射面268有可能有不同的曲率半径)。
在本实施例中从辐射体204来的辐射首先通过入射口 210，然后通过透射像差校正器220。通过的辐射到达像差校正凹面衍射光栅M0，并被衍射。被衍射的辐射再一次通过透射像差校正器沈0，然后，辐射被聚焦于像平面280上，用于显示、测量或记录。
衍射光栅是把多色的入射光分成其组成波长成分的光谱光学零件。也就是它是色散的，使各组成光束向不同方向传播。各组成光束的传播方向由光栅条纹间隔，光的波长，光的入射角和衍射级来决定。
如图3是本发明实施例的像差校正凹面衍射光栅140(和M0)的示意图， 其为凹面衍射光栅140(和M0)的一部分的放大图。光栅的条纹145(和对幻是蚀刻出来的或用其他方法生产出来的。本实施例的条纹不是直的(即弯曲的)，并且条纹间隔不是一样的。光栅条纹145(和对幻通常也是不平行的(尽管对某些应用也可以是平行的和等间距的)。衍射凹面光栅145 (和对幻把入射光依组成颜色的波长在空间上衍射(每一颜色的光往各自特有的方向传播)。
衍射光栅的材料和形成可以依其用途有不同的选择和完成办法。表1列出了用于制造本发明中衍射光栅的示例材料。表1用于制造衍射光栅的示例材料
保护材料
金属镀层
光刻胶
塑料，玻璃或金属基板
生产光栅的一种有效方法是用金刚石或者相似的工具机械地在金属或塑料等光栅基板上刻出条纹。机械刻制生产的光栅条纹通常有三角形或者阶梯状的截面。W037]光刻技术使得光栅可以通过全息干涉方式生产出来。这种光栅通常被称作全息光栅。全息光栅的条纹截面一般是正弦型的，它的衍射效率一般低于机刻的光栅。
在一方面，本发明涉及一种光学系统。该光学系统包括用于从光源接受辐射的一入射口(狭缝或孔径)；在光路上位于入射口后的第一透射像差校正器；在光路上位于第一透射像差校正器后的像差校正凹面衍射光栅，其中像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行的和不等间距的条纹；光路上位于像差校正凹面衍射光栅后的第二透射像差校正器；以及在光路上位于所述第二透射像差校正器后的用于记录入射狭缝的光谱像的像平面。从光源来的辐射被第一透射像差校正器折射，投射到像差校正凹面衍射光栅，并从其衍射，在投射到像平面上形成光谱像之前再通过第二透射像差校正器折射。
入射口依应用要求设计，用于接收从光源来的辐射。入射口可以是一具有合适形状和尺寸的狭缝或开孔。
在优选的实施例中，所述第一透射像差校正器具有选择性透过材料，该材料对波光从大约0. 13 μ m到大约20 μ m的辐射进行透射。在某些优选实施例的光学系统中， 所述第一透射像差校正器具有对波长从大约0. 2 μ m到大约2. 5 μ m的辐射进行透射的选择性透过材料。
在另一些优选的实施例的光学系统中，所述第二透射像差校正器具有选择性透过材料，该材料对波光从大约0. 13 μ m到大约20 μ m的辐射进行透射。在更加优选的实施例的光学系统中，所述第二透射像差校正器具有对波长从大约0. 2μπι到大约2. 5μπι 进行透射的选择性透过材料。
在一些实施例中，像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹。在一些优选的设计中，像差校正凹面衍射光栅具有条纹密度在大约50条/毫米到大约 3000条/毫米之间的不平行和不等间距的光栅条纹，在更优选的一些实施例中，像差校正凹面衍射光栅具有条纹密度在大约200条/毫米到大约2000条/毫米的不平行和不等间距的光栅条纹。
根据具体的应用和设计，所述第一透射像差校正器可以具有平面或曲面的接收面，该接收面在光路上是面向入射口的。
根据专门的应用和设计，所述第一透射像差校正器具有在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的是曲面的出射面(尽管有罕见情况，所述第一透射像差校正器具有一在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的为平面的出射面)。
根据专门的应用和设计，所述第二透射像差校正器在光路上面向光栅的接收面是曲面(尽管罕见地在一些实施例中，所述第二透射像差校正器具有一在光路上面向光栅的为平面的接收面)。
根据专门的应用和设计，所述第二透射像差校正器具有一在光路上面向像平面的为平面或者曲面的出射面。
作为例子，所述第一和第二透射像差校正器可以由MgF2, UV级熔融石英玻璃，标准级熔融石英玻璃，Κ9光学玻璃(ΒΚ7)，蓝宝石，锗或硅(或它们的结合)制成。
所述像差校正凹面衍射光栅可具有塑料材料，玻璃材料，金属材料(或它们的组合)。
所述光学系统可以是单通道，即单个入射口和一个相应的像平面(或出口)，这种情况下从入射口入射的各点间的空间分辨率是不要求的。例如，如图如-d所示的本发明的这些单通道系统。图中显示了各种入射口(410)和像平面(480)之间的相对位置，以及相应的谱线方向(即短波长λ s和长波长谱线λ工的位置)。
所述光学系统还可以具有有二个或更多的入射口和相应的像平面(出口)。在这种情况下，在同一入射口内入射的各点间的空间分辨率是不要求的。例如，图 fe-c所示依本发明的二(或双)通道系统。其中一个通道一般用作参考，而另一通道用来获取被检物的光谱讯号。在图fe-c中，入射口 510和510’相应的像平面(或出口)分别是580和580，，要注意入射口 510和510，，以及像平面580和580，可以是也可以不是共面的。
在图fe中，像平面的波长对应于其各自的入射口在几何上排列在相反的位置，即波长在相反位置上变长。在图恥中，像平面的波长相对于其各自的入射口在几何上平行，且为同一方向，即波长在同方向上变长。
在图5c中所示的装置中，其中两个像平面(出射口)是平行的并且相对于两个入射口位于同一边。
图6a_b所示的是单通道成像光谱仪的两个实施例，图6c图示的是双通道成像光谱仪的一个实施例。“成像光谱仪”在这里指既能提供光谱分辨率又能提供空间分辨率的光谱仪。
在某些实施例中，光学系统有两个入射口，每一个入射口接受一个光源，及分别对应于两入射口的两个像平面(即双通道装置)。每一个像平面都在光路上位于第二像差校正器之后，并记录相应入射口的光谱像。这两个像平面在显示组成波长时在几何上与两个相对应的入射口的位置安排是反过来的。
另一方面，此发明涉及一种光学系统，其包括用来接收从光源来的辐射的入射口(狭缝或开孔)；在光路上位于入射口后的透射像差校正器；在光路上位于第一透射像差校正器后的像差校正凹面衍射光栅，，其中，所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行和不等间距的光栅条纹；以及一在光路上位于第二透射像差校正器后的用于记录入射口的光谱像的像平面，从光源来的辐射从第一透射像差校正器折射，投射到像差校正凹面衍射光栅，并从其衍射，在到达像平面形成光谱像之前，再经过一次所述透射像差校正器折射。
一般来说，如图1所示的“双”像差校正器系统(120和160)的有关讨论， 如材料，设计和装置等都与图2中所示的单一像差校正器220装置的系统相关，并且也可以适用于图2中所示的单一像差校正器220装置的系统中。参照图2，所述透射像差校正器 220具有在光路上面向入射口的平面或曲面的接收面224，和在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的为曲面的出射面228(尽管在极少数情况下，出射面2 可以是平面的)。
再参考图2，透射像差校正器200可以有一在光路上面向入射口的为曲面的接收面264 (尽管在极少数情况下，接收面264可以是平面)和在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的为平面或曲面的出射面268。
在某些(单个或双个)像差校正器的实施例中，所述光学系统可以有两个入射口，每一个从一光源接收辐射，二个像平面分别对应于相应的入射口(所以叫“双通道”装置)，每一个像平面在光路上位于第二透射式像差校正器之后，记录各相应入射口的光谱像。所述两个像平面相对于其对应的两个入射口在几何上反转地显示波长成分。
在又一方面，此发明涉及一种辐射成像的方法。这方法包括从光源接收辐射，通过第一透射像差校正器折射所述辐射，投射所述折射后的辐射到像差校正凹面衍射光栅，并从该衍射光栅产生衍射辐射，其中所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行和不等间距的光栅条纹；，通过第二透射像差校正器折射所述衍射辐射，并从该第二透射像差校正器投射其折射后的辐射到像平面形成光谱像。
用本发明的光学系统成像的(即被分析，测量，或记录)辐射的波长可以是从例如大约0. 12 μ m到大约20 μ m,从大约0. 2 μ m到大约2. 5 μ m之间。
图7在提供了一些可被用来制作本发明中光学系统的零件的附加材料和其透射的波长范围的信息。
再又一方面，此发明涉及一种辐射成像的方法。这方法包括从光源接收辐射，通过一透射式像差校正器折射所述辐射，投射所述折射后的辐射到像差校正凹面衍射光栅，并从该衍射光栅产生衍射辐射，其中像差校正衍射光栅具有一组不平行和不等间距的光栅条纹，该衍射辐射经透射式像差校正器折射，然后将从该第二透射式像差校正器折射的辐射投射到像平面形成一光谱像。
本发明在设计上的灵活性是通过零件之间的距离和角度，光栅的曲率半径，像差校正器的曲率半径，像差校正器的材料等来实现。(参考M. C. Hufley ((Diffration grating》第七章，禾口 Erwin G Loewen and Evgency popov 的《Diffration Gratings and Applications》的第七章)，所述光学系统的设计可以用光学设计软件，例如kmax，C0de V等。
本发明的光学系统和光谱仪有如下的有益特点
(1)本光学系统包括一像差校正凹面光栅，例如其具有不等间距和弯曲的光栅条纹。特定的光栅条纹分布型式(例如凹槽)是依光谱仪的特定用途与透视像差校正器件一起设计的。这个特点使光学系统的整体设计，特别是光学元件的设计和安排更具自由和灵活性。入射狭缝，像差校正器，凹面光栅和像记录装置(探头)之间的在几何自由度和位置安排选择上的增加，使本发明的光谱仪能提供独特的功能和用途。
(2)普通的平场凹面光栅的光谱像面的平面性和空间分辩率比罗兰光栅有了改进，但是还不是很好，尤其当视场增大以后。本发明的光学系统在大视场范围内的光谱分辨率和空间分辨率都比普通平场凹面光栅的要好得多。
( 本发明的光学系统允许有比反射的Offner光谱仪高得多的色散， Offner系统的色散不能高，因为当光栅色散的提高到某一阀值以后，其衍射光会被凸面光栅阻挡。本发明的光学系统没有这样的限制。
(4)本发明的光学系统增加了尺寸上的灵活性。例如，可设计成更小型紧凑的成像系统。相关参考资料
参考资料和引用的其他文件，例如专利、专利申请、专利发表、期刊、书籍、文章、网站资料是已公开，所有涉及的这些文件只是参考为目的。等效性
所述的代表性实施例只为了帮助描述本发明，并不打算也不应当作为限制本发明的范围。事实上，除已在这里显示和描述之外，本领域技术人员从本发明的全部内容中还可以显而易见地知道各种本发明的修改实施例和更进一步的实施例包括各种依照或者参考本发明引用的科学文献和专利文献所得到的例子。以下的例子具有重要的额外资讯，例证和引导在本发明的实践中应用于各种实施例或者等效的技术方案中。
权利要求
1.一种光学系统，包括用于接收辐射源辐射的入射口；在光路中位于入射口后的第一透射像差校正器；在光路中位于所述第一透射像差校正器后的像差校正凹面衍射光栅，其中，所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行和不等间距的条纹；在光路上位于像差校正凹面衍射光栅后的第二透射像差校正器；在光路上位于第二透射式像差校正器后的像平面，以记录入射狭缝的光谱像；其中，辐射源来的辐射通过所述第一透射像差校正器折射，投射到所述像差校正凹面衍射光栅，并从其衍射；再通过所述第二透射像差校正器折射，并投射到像平面形成光谱像。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述入射口由狭缝或开口组成。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器具有选择性透过材料，该材料对波长从大约0. 13 μ m到大约20 μ m的辐射进行透射。
4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器具有对波长从大约0. 2 μ m到大约2. 5 μ m的辐射进行透射的选择性透过材料。
5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器具有选择性透过材料，该材料对波长从大约0. 13 μ m到大约20 μ m的辐射进行透射。
6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器具有对波长从大约0. 2 μ m到大约2. 5 μ m的辐射进行透射的选择性透过材料。
7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹，该条文密度为大约50条/mm到大约3000条/mm，
8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹，该条纹密度为大约200条/mm到大约2000条/mm。
9.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器具有一在光路上面向入射口的为曲面的接收面。
10.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器包括一在光路上面向入射口的为平面的接收面。
11.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器包括一在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的为曲面的出射面。
12.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一透射像差校正器包括一在光路上面向像差校正凹面衍射光栅的为平面的出射面。
13.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为曲面的接收面。
14.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为平面的接收面。
15.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器包括一在光路上面向像平面的为曲面的出射面。
16.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第二透射像差校正器包括一在光路上面向像平面的为平面的出射面。
17.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述第一和第二透射像差校正器由 MgF2, UV级融熔石英，标准级融熔石英，BK7 (Schott)、蓝宝石，Ge或Si制成。
18.如权利要求17所述的光学系统，其特征在于所述第一和第二透射像差校正器由 UV级融熔石英或者BK7制成。
19.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述像差校正凹面衍射光栅具有光刻胶材料。
20.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有一金属膜层。
21.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有保护层。
22.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于具有两个入射口，每一个入射口均从一辐射源接收辐射，具有两个相应于每个入射口的像平面，每个像平面都在光路上位于第二透射像差校正器之后，用于记录相对应的入射口的光谱像。
23.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于所述两像平面在几何上相应于对应的入射口相反地显示波长成分。
24.—种光学系统，包括，用于接收辐射源的辐射入射口；在光路上位于入射狭缝后的透射式像差校正器；在光路上位于第一透射像差校正器后的像差校正凹面衍射光栅，其中，所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行和不等间距的条纹；在光路上位于所述第二透射像差校正器后用于记录入射狭缝的光谱像的像平面； 其中，辐射源的辐射经所述透射像差校正器折射，投射到像差校正凹面衍射光栅，并从其衍射，再经透射像差校正器折射后投射到像平面上形成光谱像。
25.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述入射口由狭缝或开口组成。
26.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器具有透过选择材料，该材料对波长从大约0. 13 μ到大约20 μ m的辐射进行透射。
27.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器具有透过选择材料，该材料对波长从大约0. 2um到大约2. 5 μ m的辐射进行透射。
28.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹。
29.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹，该条纹密度为大约50条/mm到大约3000条/mm。
30.如权利要求四所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有不平行的和不等间距的条纹，该条纹密度为大约200条/mm到大约2000条/mm。
31.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括在光路上面向入射口的为曲面的接收面。
32.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述入射口的为平面的接收面。
33.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为曲面的出射面。
34.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为平面的出射面。
35.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为曲面的接收面。
36.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像差校正凹面衍射光栅的为平面的接收面。
37.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像平面的为曲面的出射面。
38.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器包括一在光路上面向所述像平面的为平面的出射面。
39.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器由MgF2,紫外级融熔石英，标准级融熔石英，BK7，蓝宝石，Ge或Si制成。
40.如权利要求39所述的光学系统，其特征在于所述透射像差校正器由紫外级融熔石英或BK7制成。
41.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有光刻胶材料。
42.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有一金属膜层。
43.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有保护膜。
44.如权利要求M所述的光学系统，其特征在于包括两个入射口，每一个入射口接收辐射源的辐射，分别相对应于所述两个入射口的两个像平面，每个像平面在光路上位于第二透射像差校正器之后，用于记录相对应的入射口的光谱像。
45.如权利要求44所述的光学系统，其特征在于所述两个像平面在几何上相应于对应的入射口相反地显示波长成分。
46.一种辐射成像方法，包括从辐射源接收辐射；通过第一像差校正器折射所述辐射；将折射后的辐射投射到像差校正凹面衍射光栅，并从其产生衍射辐射，其中，所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行的，不等间距的条纹；通过第二像差校正器折射所述衍射辐射，再将折射后的衍射辐射投射到像平面形成光谱像。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述辐射的波长从大约0.12 μ m到大约 20 μ m0
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于所述辐射的波长从大约0.2 μ m到大约 2. 5 μ m0
49.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述像差校正器由MgF2,紫外级融熔石英，标准级融熔石英，BK7，蓝宝石，Ge或Si制成。
50.如权利要求49所述的方法，其特征在于所述像差校正器由紫外级融熔石英或BK7 制成。
51.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅包括光刻胶材料。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有金属膜层。
53.如权利要求51所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有保护层。
54.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行的和不等间距的条纹。
55.一种辐射成像方法，包括 从辐射源接收辐射；通过一透射像差校正器折射所述辐射；将折射后的辐射投射到像差校正凹面衍射光栅，并从其产生衍射辐射，其中，所述像差校正凹面衍射光栅具有一组不平行的，不等间距的条纹； 通过所述投射像差校正器折射所述衍射辐射；再将经过所述第二投射像差校正器折射后的辐射投射到像平面形成光谱像。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述辐射的波长从大约0.12 μ m到大约 20 μ m0
57.如权利要求56所述的方法，其特征在于所述辐射的波长从大约0.2 μ m到大约 2. 5 μ m0
58.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述透射像差校正器由MgF2，紫外级融熔石英，标准级融熔石英，BK7，蓝宝石，Ge或Si制成。
59.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有金属膜层。
60.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有光刻胶材料。
61.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述像差校正凹面衍射光栅具有保护层。
全文摘要
本发明涉及光谱仪和其中使用的光学系统。特别是，本发明所涉的光学系统和装置改进了光谱仪的功能，增加了设计上的灵活性和设计方案的选择性。例如，本发明的光学系统具有像差校正凹面衍射光栅和一个或多个的透射像差校正器。
文档编号G02B5/18GK102165337SQ200980134850
公开日2011年8月24日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月20日
发明者相小锋, 相连钦 申请人:宁波源禄光电有限公司