[发明专利]光谱仪及其制作方法

说明书

本发明公开了一种光谱仪，包括一输入部、一绕射光栅、一影像感测器及一波导装置。输入部用以接收一光学讯号。绕射光栅用以将光学讯号分离成多个光谱分量。影像感测器配置于至少部分的这些光谱分量的传递路径上。波导装置包括一第一反射面及一第二反射面。第一反射面与第二反射面之间形成一波导空间，光学讯号从输入部经由波导空间传递至绕射光栅。至少部分的这些光谱分量从波导空间传递至影像感测器。波导装置上形成有至少一开口，开口实质上平行于第一反射面与第二反射面的至少其中之一。一种光谱仪的制作方法亦被提出。

技术领域

本发明涉及一种光学装置及其制作方法，尤其涉及一种光谱仪及其制作方法。

背景技术

光谱仪是一种非破坏性的检测仪器，其例如可应用于辨认物质之成份组成与特性。在将光线打到物质上之后，利用光反射或穿透的原理，以及物质内组成结构对光不同频段的反射、吸收或穿透的差异，光谱仪接收从此物质反射的光线或穿透此物质的光线之后，会呈现对应之光谱。由于不同物质会显现个别特征的光谱，如此进而得以辨认物质之成份组成与特性。

为了减少光线损失，光谱仪通常包含波导装置来导引光线在内部通道中行进，以让光谱仪的影像感测器可以感测到绕射光栅所产生的光谱。传统的设计方式，都是将影像感测器紧贴着波导装置，这样最能减少光线损失。然而，本案发明人发现，影像感测器紧贴着波导装置的设计会由于拖尾效应而造成光谱解析度降低，甚至造成所测得的光谱数据(如强度与波长)不正确。

本案所谓的「拖尾效应」，是因为光栅所产生的「像散(Astigmatism)」而产生。此现象在绕射光栅手册(Diffraction Grating Handbook)第六版(作者为NewportCorporation的Christopher Palmer，第一版的作者为Erwin Loewen)的第90页第一段及第94页图7-3及第111页第三段及112页图8-1b 及其说明有提到。详细而言，当采用的凹面光栅属于「柱面」光栅，其只能作径向面(Tangential plane，即为子午面，实质上为水平面)上光束的聚焦，垂直面(Sagittal plane，即弧矢面)上光束无法聚焦。加上，当光线斜向入射于光栅，从波导投影出来的子午影像(Tangential focus)会呈现「弯月」状。这种弯月状影像的现象，即是上述的「拖尾效应」。由于弯月状影像并非一个点状焦点，因此会造成光谱解析度的降低。此外，由于弯月状影像会被其波长所对应的影像感测器的像素周围的其他像素感测到，所以亦会造成所测得的光谱数据(如强度与波长)不正确。

发明内容

本发明提供一种光谱仪，其能改善因绕射光栅所产生的像散而导致的低解析度。

本发明提供一种光谱仪的制作方法，其能够制作上述光谱仪。

本发明的一实施例提出一种光谱仪，包括一输入部、一绕射光栅、一影像感测器及一波导装置。输入部用以接收一光学讯号。绕射光栅配置于来自输入部的光学讯号的传递路径上，且用以将光学讯号分离成多个光谱分量。影像感测器配置于至少部分的这些光谱分量的传递路径上。波导装置包括一第一反射面及一第二反射面。第一反射面与第二反射面之间形成一波导空间，光学讯号从输入部经由波导空间传递至绕射光栅。至少部分的这些光谱分量经由波导空间传递至影像感测器。波导装置上形成有至少一开口，上述开口实质上平行于第一反射面与第二反射面的至少其中之一，且这些弧矢方向的光谱分量及光学讯号的至少其中之一有部分从开口发散至波导空间之外而不射入影像感测器。