CN107389566B - 一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置 - Google Patents

一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置，涉及光学技术领域，该装置设置在样品与光谱仪之间，装置包括：透镜单元、反射杯和狭缝片，反射杯的内壁镀有高反射膜，反射杯的两端分别开设有第一开口和第二开口，第一开口的孔径远大于第二开口的孔径；透镜单元的曲面正对样品被光源照射的一侧，透镜单元的另一面朝向反射杯的第一开口，反射杯的第二开口处设置有狭缝片且第二开口朝向光谱仪；该装置通过透镜单元将样品表面的漫反射光汇聚到反射杯中，通过反射杯内壁反射进一步汇聚到小尺寸的第二开口处，可以更好的收集并利用样品的漫反射光，从而大大提高样品信号光的收集能量和收集面积提高了光谱分析结果准确性和重复性。

Description

一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其是一种用于光谱仪中收集样品大面积漫反射光的装置。
背景技术
光谱分析可以根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量，在物质分析行业有着重要的意义和作用。
光谱分析中，对于均匀或透明的样品，常采用透射法测量光谱。而对于很多固态样品，多采用漫反射法测量光谱。漫反射光谱测量时，因为同一样品每次装样条件的差别，改变了样品内部排列与分布情况，引起散射系数变化，导致光谱重复性差。样品粒度、密度和平整度都会影响漫反射光谱的重复性。提高光谱重复性的一种常用方法是增大样品的照射范围，可以减少样品粒度和平整度对散射系数的影响。
光谱分析中通常利用透镜收集样品漫反射光，其结构示意图如图1所示，对于大面积漫反射样品，必须采用大尺寸透镜进行收集，但透镜尺寸大，焦距也会大，狭缝和透镜的距离也跟着增大，这会导致投射到透镜的信号光，只有小部分汇聚到狭缝里，大部分光被透射到狭缝外面，使得进入光谱仪中的信号光能量较弱，分析效果不够理想。因此提高样品大面积漫反射光的收集效率，是提高光谱分析结果准确性和重复性的重要方法。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置，该装置可以提高样品信号光的收集能量和收集面积。
本发明的技术方案如下：
一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置，包括样品和光谱仪，该装置设置在样品与光谱仪之间，装置包括：透镜单元、反射杯和狭缝片，反射杯的内壁镀有高反射膜，反射杯的两端分别开设有第一开口和第二开口，第一开口的孔径远大于第二开口的孔径；透镜单元的曲面正对样品被光源照射的一侧，透镜单元的另一面朝向反射杯的第一开口，反射杯的第二开口处设置有狭缝片且第二开口朝向光谱仪。
其进一步的技术方案为，反射杯呈轴对称结构，反射杯的截面轮廓线呈梯形或反射杯的侧边轮廓线呈圆锥曲线。
其进一步的技术方案为，透镜单元为单个透镜或至少两个透镜的组合，透镜单元的曲面为球面或非球面。
其进一步的技术方案为，样品的尺寸为
Figure BDA0001393516620000021
透镜单元的通光孔径为
Figure BDA0001393516620000022
反射杯的第一开口的孔径为/>
Figure BDA0001393516620000023
且透镜单元的通光孔径大于等于样品尺寸，反射杯的第一开口的孔径大于等于透镜单元的通光孔径。
其进一步的技术方案为，反射杯的第一开口的孔径为
Figure BDA0001393516620000024
第二开口的孔径为/>
Figure BDA0001393516620000025
/>
本发明的有益技术效果是：
本申请公开的装置通过透镜单元将样品表面的漫反射光汇聚到反射杯中，通过反射杯内壁反射进一步汇聚到小尺寸的第二开口处，可以更好的收集并利用样品的漫反射光，大大了提高样品信号光的收集能量和收集面积，从而提高了样品大面积漫反射光的收集效率、提高了光谱分析结果准确性和重复性。
附图说明
图1是现有的收集样品漫反射光的装置的结构示意图。
图2是本申请中的用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置的结构示意图。
图3是反射杯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
请参考图2，其示出了本发明公开的用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置的结构示意图，该装置设置在样品5与光谱仪4之间。该装置包括透镜单元1、反射杯2和狭缝片3。
透镜单元1为单个透镜或至少两个透镜的组合，本申请对此不做限定，透镜单元1包括至少一个曲面，透镜单元1的另一面为平面或曲面，也即透镜单元1为平凸透镜或双凸透镜，图2以透镜单元1为平凸透镜为例，透镜单元1的曲面为球面或非球面。透镜单元1的曲面正对样品5设置且朝向样品5被光源照射的一侧。
反射杯2呈轴对称结构，反射杯2的截面轮廓线呈梯形(截面斜边为直线)，如图3中的(a)所示，或者，反射杯2的侧边轮廓线呈圆锥曲线(截面斜边为曲线)，如图3中的(b)所示。反射杯2的内壁镀有高反射膜，反射杯2的两端分别开设有第一开口和第二开口，第一开口的孔径远大于第二开口的孔径。透镜单元1的另一面朝向反射杯2的第一开口，透镜单元1与反射杯2之间的距离小于等于预设距离，本申请对预设距离不做限定，通常情况下，透镜单元1的另一面与反射杯2的第一开口贴合在一起。反射杯2的第二开口处设置有狭缝片3且第二开口朝向光谱仪。本申请对该装置中其余各个部件之间的距离不做限定，部件之间的距离会因为部件参数的不同而改变，在实际实现时各个部件之间的距离通常由技术人员调试得到。
在本申请中，样品5的尺寸为
Figure BDA0001393516620000031
透镜单元1的通光孔径为
Figure BDA0001393516620000032
反射杯2的第一开口的孔径为/>
Figure BDA0001393516620000033
反射杯2的第二开口的孔径为/>
Figure BDA0001393516620000034
且为了更好的收集样品漫反射光，本申请中的透镜单元1的通光孔径大于等于样品5的尺寸，反射杯2的第一开口的孔径大于等于透镜单元1的通光孔径，通常情况下，透镜单元1的通光孔径、样品5的尺寸和反射杯2的第一开口的孔径均相等。
本申请公开的装置的工作原理为：
如图2中的光线传播路径(图2以反射杯2的截面轮廓线呈梯形为例)，光源照射在样品5表面，透镜单元1将样品5表面的漫反射光汇聚到反射杯2中，反射杯2内壁的高反射膜将样品的信号光进一步汇聚到第二开口的出口处，通过第二开口处的狭缝片3的信号光被耦合进入光谱仪4进行分析处理。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光谱仪中收集样品漫反射光的装置，包括样品和光谱仪，其特征在于，所述装置设置在所述样品与所述光谱仪之间，所述装置包括：透镜单元、反射杯和狭缝片，所述反射杯的内壁镀有高反射膜，所述反射杯的两端分别开设有第一开口和第二开口，所述第一开口的孔径远大于所述第二开口的孔径；所述透镜单元的曲面正对所述样品被光源照射的一侧，所述透镜单元的另一面朝向所述反射杯的所述第一开口，所述反射杯的所述第二开口处设置有所述狭缝片且所述第二开口朝向所述光谱仪。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射杯呈轴对称结构，所述反射杯的截面轮廓线呈梯形或所述反射杯的侧边轮廓线呈圆锥曲线。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透镜单元为单个透镜或至少两个透镜的组合，所述透镜单元的曲面为球面或非球面。
4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述样品的尺寸为
Figure FDA0001393516610000011
所述透镜单元的通光孔径为/>
Figure FDA0001393516610000012
所述反射杯的所述第一开口的孔径为/>
Figure FDA0001393516610000013
且所述透镜单元的通光孔径大于等于所述样品尺寸，所述反射杯的所述第一开口的孔径大于等于所述透镜单元的通光孔径。
5.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述反射杯的所述第一开口的孔径为
Figure FDA0001393516610000014
所述第二开口的孔径为/>
Figure FDA0001393516610000015
/>
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