CN116183020A - 光栅机构及光谱仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光栅机构及光谱仪，属于光学技术领域。光栅机构包括：旋转基座；旋转内支撑，可旋转地设置于旋转基座；导向板，设置于旋转内支撑；滑板，滑动设置于导向板；多个光栅，沿第一方向布置于滑板；正弦机构，包括摆臂和直线臂，摆臂与旋转内支撑固定连接；第一驱动机构，与直线臂连接，用于驱动直线臂往复运动，使摆臂驱动旋转内支撑旋转；第二驱动机构，与滑板连接，用于驱动滑板沿导向板在第一方向方式滑动。根据本申请的光栅机构，通过使入射光与光栅法线之间的夹角变化，实现波长扫描；同时通过将不同的光栅进行切换，增加了光谱范围；并且可以将动力源设置在远离光栅组件的位置，为光栅组件的分光环境设计提供了便利。

Description

光栅机构及光谱仪

技术领域

本申请属于光学技术领域，尤其涉及一种光栅机构及光谱仪。

背景技术

光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，其常用于各类光学设备中对光线进行分光。但目前，大多数光栅组件的的工作波段具有局限性，且分光波长范围有限。在需要不同分光波长时，需要更换对应的光栅组成，使用不便，效率较低。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种光栅机构及光谱仪，光栅机构结构简单，分光效果好，具有更大的光谱范围。

第一方面，本申请提供了一种光栅机构，包括：旋转基座；旋转内支撑，可旋转地设置于旋转基座；导向板，设置于旋转内支撑；滑板，滑动设置于导向板；多个光栅，沿第一方向布置于滑板，光栅的刻线面与旋转内支撑的旋转轴线共面；正弦机构，包括摆臂和直线臂，摆臂与旋转内支撑固定连接，摆臂与直线臂配合形成转动副；第一驱动机构，与直线臂连接，用于驱动直线臂往复运动，使摆臂驱动旋转内支撑旋转，光栅绕旋转轴线旋转；第二驱动机构，与滑板连接，用于驱动滑板沿导向板在第一方向方式滑动，以切换光栅。

根据本申请的光栅机构，通过使入射光与光栅法线之间的夹角变化，实现波长扫描；同时通过将不同的光栅进行切换，使入射光投射至不同的光栅上，增加了光谱范围；并且旋转内支撑通过正弦机构进行驱动，可以将动力源设置在远离光栅组件的位置，为光栅组件的分光环境设计提供了便利。

第二方面，本申请提供了一种光谱仪，光谱仪包括根据上述的光栅机构。

根据本申请的光谱仪，通过使光栅旋转实现波长扫描，提高了分光效果，提高了衍射光线的衍射效率及时间特性，以及对光栅进行切换，增加了光谱范围。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是光栅衍射示意图；

图2是本申请实施例提供的分光装置的结构示意图之一；

图3是本申请实施例提供的分光装置的光路示意图；

图4是本申请实施例提供的分光装置的结构示意图之二；

图5是本申请实施例提供的真空箱的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的分光装置的结构示意图之三；

图7是本申请实施例提供的分光装置的结构示意图之四；

图8是关于图7中A-A截面的剖视图；

图9是本申请实施例提供的姿态调节组件的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的光入射组件的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的光出射组件的结构示意图之一；

图12是本申请实施例提供的光栅扫描机构的结构示意图之一；

图13是本申请实施例提供的正弦机构的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的光栅扫描机构的结构示意图之二；

图15是本申请实施例提供的支撑件的结构示意图之一；

图16是本申请实施例提供的光栅切换机构的结构示意图；

图17是本申请实施例提供的导向板的结构示意图；

图18是关于图7中E-E截面的剖视图；

图19是本申请实施例提供的光栅组件的结构示意图；

图20是本申请实施例提供的光栅机构的结构示意图。

附图标记：

支撑件100，旋转基座110，第一安装孔111，轴承112，限位块113，第一定位槽114，旋转内支撑120，第二安装孔121，空心轴122，第二定位槽123，定位块130；

光栅组件200，光栅210，导向板220，滑槽221，凹槽222，滑板230，弹性件231，基座232，压缩弹簧233，滚动轴承234，连接座235，座体236，连接块237，空腔238，开口239；

前置镜组件300；

后置镜组件400；

正弦机构500，摆臂510，直线臂520，转接块521，拉簧522；

第一驱动机构600，第一推杆610，第一位移台620，第三波纹管630；

第二驱动机构700，第二推杆710，第二位移台720，第四波纹管730；

第一光阑810，第二光阑820，第三光阑830；

真空箱900；

基准板1000；

机架1100；

姿态调节组件1200，底板1210，第一调节柱1220，水平调节板1230，水平调节件1240，支撑柱1250，姿态调节板1260，第二调节柱1270；

光入射组件1300，第一支撑架1310，光阑支撑1320，第一多刀光阑1330，第一插板阀支撑1340，第一插板阀1350，第一波纹管1360，第一转接法兰1370；

光出射组件1400，第二支撑架1410，第二插板阀支撑1420，第二插板阀1430，第二波纹管1440，第二转接法兰1450，真空管支撑1460，真空管1470，第二多刀光阑1480。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

如无特殊的说明，本申请中的前后方向为纵向，即X向；左右方向为横向，即Y向；上下方向为竖向，即Z向。

光线在经过狭缝时会发生衍射，不同波长的光以不同的角度出射，决定各级主极大位置的方程式称为光栅方程。最基本的光栅方程为：

d(sinα±sinβ)＝mλm＝0,±1,±2，...

如图1所示，根据mλ值平行光束以入射角i斜入射到缝间距为d的光栅上，将光以离散的角度β偏转，其中m是主极大级次，λ指波长。入射角α和β衍射角分别是入射光线和衍射光线与光栅法线之间的夹角，在考察与入射光同一侧的衍射光谱时，上式取正号；可以看出，对于给定的级次m，不同波长的光将以不同的角度从光栅出射。

在相关技术中，光栅的入射光以垂直于光栅刻线方向入射，相应的光栅方程为：

sinα+sinβ＝nmλ

α为入射角，即入射光和光栅法线之间的夹角；β为出射角，即出射光和光栅法线的夹角；λ为波长；n为光栅刻线数，n＝1/d。衍射波长由入射角α决定。

光栅常用于光谱仪中，不同类型的光谱的工作范围不同。例如，真空紫外光谱仪的工作光谱范围为6-200nm；紫外光谱仪的作光谱范围为185-400nm；可见光光谱仪的工作光谱范围380-780nm；近红外光谱仪的工作光谱范围为可见光-2.5μm；红外光谱仪为工作光谱范围为2.5-50μm；远红外光谱仪的工作光谱范围为50μm-1mm。但相关技术中的光谱仪衍射效率和时间特性难以达到要求，尤其对于真空紫外光谱仪而言，其相应对衍射效率和时间特性的要求更高。

本申请的一个实施例提供了一种分光装置。本实施方式提供的分光装置时间特性更好，衍射效率更高，可以满足真空紫外光栅光谱仪的要求。

参照图2，在本实施方式中，分光装置包括旋转基座110、旋转内支撑120、光栅组件200、前置镜组件300、正弦机构500和第一驱动机构600；旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110；光栅组件200设置于旋转内支撑120，光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，光栅组件的刻线方向与旋转轴线平行；前置镜组件300设置于入射光路上，用于对入射光进行聚焦并反射，并将反射光倾斜地投射至光栅组件200；正弦机构500包括摆臂510和直线臂520，摆臂510与旋转内支撑120固定连接，摆臂510与直线臂520配合形成转动副；第一驱动机构600与直线臂520连接，用于驱动直线臂520往复运动，使摆臂510驱动旋转内支撑120旋转，光栅组件300绕旋转轴线旋转。

图2中左右贯穿分光装置的线段表示为光路。光路在光栅组件200之前的部分为入射光路，在光栅组件200之后的部分为出射光路。入射光可以为光源射出的光线或者光学镜元件对光源射出的光线进行处理后的光线。入射光可以先以水平投射至前置镜组件300，经前置镜组件300反射后倾斜投射至光栅组件200。水平的入射光便于分光装置与其他光学镜元件进行组合。

在一些实施例中，前置镜组件300可以包括准直镜，准直镜对光线具有准直的作用。入射光在投射至前置镜组件300后，在准直镜的作用下准直为平行光，再将该平行光进行反射，投射至光栅组件200上的刻线区域。由于光栅组件200接收的光线为平行光，刻线区域上的光线分布均匀，光栅组件200所产生的衍射光线成分更纯净。

需要说明的是，光栅组件200包括光栅210，光栅210上的刻线与前置镜组件300和光栅组件200的布置方向相同。参照图3，本实施方式中的入射光是以斜掠入射形式打在光栅210上，相应的光栅方程为：

sinγ(sinα+sinβ)＝nmλm＝0，±1，±2，...

其中，α角为入射光和光栅法线之间的夹角，γ角为入射光线和光栅刻线之间的夹角，λ为波长，n为光栅刻线数，n＝1/d，d为光栅210上刻线的缝间距，m是主极大级次。对于给定的级次m，不同波长的光将以不同的角度从光栅210射出。

在本实施方式中，入射光的方向可以通过α和γ两个角度进行定义。其中，在第一驱动机构600驱动光栅组件200的旋转，γ角也随之发生变化，从而实现波长扫描。

在本实施方式中，旋转基座110和旋转内支撑120可以组成一种支撑件100，用于安装光栅组件200。光栅组件200固定安装于旋转内支撑120上，在旋转内支撑120旋转时，光栅组件200随旋转内支撑120一起旋转。光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，且光栅组件200的刻线方向与旋转轴线平行，可以保证光栅组件200在旋转过程中始终绕刻线面上的线旋转，该线为光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线的交线。其中，光栅组件200的刻线面是指入射光所投射的光栅210具有刻线的一面。并且，该交线可以与刻线的布置方向相同，且入射光的投射位置可以位于该交线上，从而在光栅210旋转过程中，入射光在光栅210的投射位置不变，使得入射光线和光栅刻线之间的夹角更容易控制。

需要说明的是，摆臂510与直线臂520连接，两者可以做相对转动。直线臂520在第一驱动机构600的驱动下沿直线做往复运动。摆臂510由于与旋转内支撑120固定连接，且旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110，因此，摆臂510受到直线臂520的推力时，会驱动旋转内支撑120，且摆臂510与直线臂520之间的夹角也两者之间的相对转动而随之变化。

在一些实施例中，第一驱动机构600可以采用电机等装置作为动力源，动力源与传动机构连接，传动机构与直线臂520连接。传动机构可以为直线臂520在某一方向上提供拉力或推力，使直线臂520在该方向上做往复运动。如图2所示，该方向可以为前后方向。当然动力源还可以为人力，操作人员通过操作传动机构，以驱动直线臂520在某一方向上做往复运动。

根据本申请实施例提供的分光装置，通过入射光分别与光栅法线和刻线之间的角度来定义入射光的方向，使将入射光以斜掠入射的形式射入光栅210，并配合光栅组件200的旋转进行波长扫描，使得光栅210后方所采集的光线可以覆盖入射光在不同角度的衍射光线，衍射后的光具有更小的时间展宽，即更好的时间特性，也有更高的衍射效率。

参照图4，在本申请的一些实施例中，光栅组件200可以包括多个光栅210、导向板220和滑板230。导向板220设置于旋转内支撑120；滑板230滑动设置于导向板200；多个光栅210沿第一方向布置于滑板230，光栅210的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，光栅210的刻线方向与旋转轴线平行。分光装置还可以包括第二驱动机构700，第二驱动机构700与滑板230连接，用于驱动滑板230沿导向板200在第一方向方式滑动，以切换光栅210。

需要说明的是，切换光栅210是指切换入射光所投射到的光栅210。本实施方式中的多个光栅210可以具有不同的刻线间距。入射光投射至不同的光栅210时，相应的衍射光线并不相同。在保证光谱分辨率的情况下，每块光栅210能覆盖的波长范围有限，本实施方式采用多块光栅210进行切换的方式来可以增加分光装置的光谱范围。

如图4所示，第一方向可以为前后方向，即各光栅210沿前后方向排布。各光栅210的刻线面在前后方向的高度一致，使得在光栅210进行切换后，入射光投射至光栅210的高度不变。

在本实施方式中，导向板220固定于旋转内支撑120，滑板230可以在导向板220上沿前后方向滑动。第二驱动机构700用于为滑板230提供推力，使滑板230向前或者向后滑动。滑板230沿导向板200滑动时，各光栅210相对于入射光的位置发生改变，从而实现切换，使入射光投射至不同的光栅。

参照图2或图4，在本申请的一些实施例中，分光装置还可以包括第一光阑810、第二光阑820、第三光阑830和后置镜组件400。第一光阑810设置于入射光路上，且位于前置镜组件300的前端，用于对入射光进行限制；第二光阑820设置于前置镜组件300和光栅组件200之间，用于对前置镜组件300的反射光进行限制；后置镜组件400设置于出射光路上，用于对光栅组件200的衍射光进行聚焦，并将聚焦后的光线沿出射光路进行反射；第三光阑830设置于光栅组件200和后置镜组件400之间，用于对光栅组件200的反射光进行限制。

在一些实施例中，第一光阑810、第二光阑820和第三光阑830均为孔径光阑，以对光线起到限制作用。第一光阑810用于遮挡入射光中的杂散光，第二光阑820用于遮挡前置镜组件300的反射光中的杂散光，第三光阑830用于遮挡光栅组件200的反射光中的杂散光。通过在个各学元件的入射方向和反射方向射光阑，提高了分光装置最终提高的光线的纯度，消除杂散光，便于后端对光线的利用。

在本实施方式中，后置镜组件400可以包括聚焦镜，聚焦镜对光线具有聚焦的作用。后置镜组件400的安装姿态使得，反射后的方向沿横向水平射出。光线在经光栅组件200反射后，倾斜射出，为便于将光线导出，后置镜组件400在对栅组件200的反射光进行聚焦的同时，将其沿横向水平反射。水平的出射光便于分光装置与其他光学镜元件进行组合。

参照图5，在本申请的一些实施例中，分光装置还可以包括真空箱900。真空箱900内设有基准板1000，旋转基座110、第一光阑810、前置镜组件300、第二光阑820、后置镜组件400和第三光阑830均固定于基准板1000上，且均位于真空箱900内。

在本实施方式中，光栅组件200等元件先安装于基准板1000，基准板1000再安装于真空箱内，从而便于实现光栅组件200等元件固定于真空箱900内。真空箱900可以提供密封真空腔体，分光装置在该真空腔体内对光线进行分光处理。真空箱900还配置有相应的抽真空及真空度测量设备，如真空泵、真空规计等。

需要说明的是，真空箱900的侧板、顶板或者底板均可以设置相应的通孔，该通孔可以用于与抽真空设备连接。或者通孔还可以与其他光学元件连接，用于接入或者输出光线。

需要说明的是，第一驱动机构600和第二驱动机构700的动力源部分需要设置于真空箱900外部。第一驱动机构600和第二驱动机构700仅有与直线臂520或者与滑板230连接的连接件，可以穿设于真空箱900上的通孔，实现真空箱900内外的连接。由于动力源部分处于真空箱900外部，可以消除第一驱动机构600和第二驱动机构700自身运动对真空箱900内的真空环境的影响，同时也减少了对真空箱900内部空间的占用，降低了真空箱900的成本。

参照图6～图8，在本申请的一些实施例中，分光装置还可以包括机架1100和姿态调节组件1200。姿态调节组件1200设置于机架1100，姿态调节组件1200与真空箱900连接，且穿过真空箱900的箱底板与基准板1000连接，姿态调节组件1200用于调节真空箱900和基准板1000的姿态。

需要说明的是，姿态调节组件1200可以调节真空箱900在机架1100上的安装姿态，安装姿态可以理解为真空箱900各个侧面与机架1100的水平面之间的夹角。姿态调节组件1200还可以调节基准板1000在真空箱900内的安装姿态，安装姿态可以理解为基准板1000各侧边与真空箱900的水平面之间的夹角。

在一些实施例中，真空箱900和基准板1000通过多根连接柱固定在机架1100。因此，可以通过调节各连接柱的高度来调节真空箱900和基准板1000的姿态。

可以理解的是，基准板1000的姿态决定了光栅组件200、前置镜组件300和后置镜组件400所形成的光路姿态。为便于与真空箱900内外的光路进行对接，需要对基准板1000的姿态的进行调整，以提高整个光路系统的精度。

根据本实施方式的分光装置，通过将真空箱900和基准板1000分开固定，以分别对安装姿态进行调节，可以排除真空箱900抽真空后，真空箱900受真空力变形后对基准板1000上的光栅组件200等组件的位置产生影响，从而提高稳定性。

参照图9，在本申请的一些实施例中，姿态调节组件1200可以包括底板1210、多个第一调节柱1220、水平调节板1230、水平调节件1240、支撑柱1250、姿态调节板1260和多个第二调节柱1270。底板1210固定安装于机架1100；第一调节柱1220的第一端与底板1210连接，第一调节柱1220的第二端与真空箱900的箱底板连接，第一调节柱1220的高度可调；水平调节板1230与底板1210贴合；水平调节件1240设置于底板1210，且与水平调节板1230连接，水平调节件1240用于调节水平调节板1230与底板1210之间的相对位置；支撑柱1250的第一端与水平调节板1230连接；支撑柱1250的第二端与姿态调节板1260的底面连接；第二调节柱1270的第一端与姿态调节板1260连接，第二调节柱1270的第二端穿过真空箱900的箱底板与基准板1000连接，第二调节柱1270的高度可调。

在本实施方式中，底板1210水平固定于机架1100，以作为水平基准。第一调节柱1220和第二调节柱1270可以为螺纹副结构，通过调节螺纹，可以调节高度。水平调节板1230用于调节基准板1000在横向或纵向上的位置。

在一些实施例中，水平调节板1230可以包括设置在水平调节板1230各侧边的螺栓结构，通过调节螺栓旋出螺纹的长度，调节水平调节板1230的位置；同时向水平调节板1230的相对各侧边施加压力，以固定水平调节板1230。

在一些实施例中，第一调节柱1220的数量可以为四个，并分别设置在真空箱900的箱底板的四个边角所对应的位置。由此，通过调节各第一调节柱1220的高度，可以调节真空箱900的四个边角的高度，进而调节真空箱900的姿态。第二调节柱1270的数量也可以为四个，并分别设置在基准板1000的箱底板的四个边角所对应的位置。由此，通过调节各第二调节柱1270的高度，可以调节基准板1000的四个边角的高度，进而调节基准板1000的姿态。

在本申请的一些实施例中，分光装置还可以包括光入射组件1300和光出射组件1400。光入射组件1300设置于机架1100，且与真空箱900连接，用于接入光线，并将光线传输至真空箱900内，使光线投射至前置镜组件300；光出射组件1400设置于机架1100，且与真空箱900连接，用于接收后置镜组件400的反射光，并向外部提供反射光。

在本实施方式中，光入射组件1300的第一端可以与光源连接，光入射组件1300的第二端与真空箱900上的通孔连接，以将光源传输至真空箱900。光入射组件1300内的光路与前置镜组件300的反射面高度一致，以将光线水平投射至前置镜组件300。

光出射组件1400的第一端与真空箱900上的通孔连接，以将后置镜组件400的反射光输出。光出射组件1400内的光路与后置镜组件400的反射面高度一致，以接收后置镜组件400的水平反射的光。光出射组件1400的第二端可以与探测器连接，探测器用于对光出射组件1400输出的关系进行分析。

参照图10，在本申请的一些实施例中，光入射组件1300可以包括第一支撑架1310、光阑支撑1320、第一多刀光阑1330、第一插板阀支撑1340、第一插板阀1350、第一波纹管1360和第一转接法兰1370；第一支撑架1310设置于机架1100；光阑支撑1320设置于第一支撑架1310，光阑支撑1320的高度可调；第一多刀光阑1330设置于光阑支撑1320，且位于入射光路上，第一多刀光阑1330的第一端与光源连接；第一插板阀支撑1340，设置于第一支撑架1310，第一插板阀支撑1340的高度可调；第一插板阀1350设置于第一插板阀支撑1340；第一波纹管1360穿设于第一插板阀1350的阀口，第一波纹管1360的第一端与第一多刀光阑1330的第二端连接，第一波纹管1360的中心线与第一多刀光阑1330的中心线重合；第一转接法兰1370与第一波纹管1360的第二端连接，且固定于真空箱900，使第一波纹管1360内的光线投射至真空箱900内的前置镜组件300。

第一支撑架1310用于为光入射组件1300整体提供支撑，光阑支撑1320和第一插板阀支撑1340的高度可调，用于分别调节第一多刀光阑1330和第一插板阀1350的高度，进而调整光路，使光源的光线能够经光入射组件1300进入真空箱900。

在一些实施例中，第一多刀光阑1330可以为四刀光阑，其形成四个不同尺寸的光阑狭缝，以对光源所发出的光线进行限制，遮挡杂散光。经过第一多刀光阑1330筛选后的光线经第一波纹管1360进入真空箱900。第一波纹管1360内部形成有通道，以通过光线，外部为具有弹性的管壁。第一波纹管1360在安装时，可以使其处于一定程度的压缩状态下，保证第一波纹管1360与第一多刀光阑1330和真空箱900连接处的密封性。

参照图11，在本申请的一些实施例中，光出射组件1400可以包括第二支撑架1410、第二插板阀支撑1420、第二插板阀1430、第二波纹管1440、第二转接法兰1450、真空管支撑1460、真空管1470和第二多刀光阑1480；第二支撑架1410设置于机架1100；第二插板阀支撑1420设置于第二支撑架1410，第二插板阀支撑1420的高度可调；第二插板阀1430设置于第二插板阀支撑1420；第二波纹管1440穿设于第二插板阀1430的阀口；第二转接法兰1450与第二波纹管1440的第一端连接，且固定于真空箱900，使真空箱900内的后置镜组件400的反射光进入第二波纹管1440内；真空管支撑1460设置于第二支撑架1410，真空管支撑1460的高度可调；真空管1470设置于真空管支撑1460，真空管1470的第一端与第二波纹管1440的第二端连接，真空管1470的中心线与第二波纹管1440的中心线重合；第二多刀光阑1480与真空管1470的第二端连接。

第二支撑架1410用于为光出射组件1400整体提供支撑，第二插板阀支撑1420和真空管支撑1460的高度可调，用于分别调节第二插板阀1430和真空管1470的高度，进而调整光路，使真空箱900内射出的光线能够经光出射组件1400射出。

在一些实施例中，第二多刀光阑1480也可以为四刀光阑，其形成四个不同尺寸的光阑狭缝，以对真空箱900内射出的光线进行限制，遮挡杂散光。第二波纹管1440的结构或者尺寸可以与第一波纹管1360相同。并且，其在安装时，也可以处于一定程度的压缩状态下，保证第二波纹管1440与真空箱900和真空管1470连接处的密封性。真空管1470用于提供真空环境，以传输从真空箱900内射出的光线，便于后端设备对真空环境下的光线进行分析。

为更清楚的说明本申请中分光装置的工作原理，本申请的一个实施例还提供了一种光栅扫描机构。本实施方式中的光栅扫描机构可以用于实现上述分光装置中的光栅210的旋转，以调整入射光线和光栅刻线之间的夹角。

参照图12，本实施方式中的光栅扫描机构可以包括旋转基座110、旋转内支撑120、光栅组件200、正弦机构500和第一驱动机构600；旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110；光栅组件200设置于旋转内支撑120，光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，光栅组件200的刻线方向与旋转轴线平行；正弦机构500包括摆臂510和直线臂520，摆臂510与旋转内支撑120固定连接，摆臂510与直线臂520配合形成转动副；第一驱动机构600与直线臂520连接，用于驱动直线臂520往复运动，使摆臂510驱动旋转内支撑120旋转，光栅组件300绕旋转轴线旋转。

在本实施方式中，旋转基座110和旋转内支撑120可以组成一种支撑件100，用于安装光栅组件200。光栅组件200固定安装于旋转内支撑120上，在旋转内支撑120旋转时，光栅组件200随旋转内支撑120一起旋转。光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，且光栅组件200的刻线方向与旋转轴线平行，可以保证光栅组件200在旋转过程中始终绕刻线面上的线旋转，该线为光栅组件200的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线的交线。其中，光栅组件200的刻线面是指入射光所投射的光栅210具有刻线的一面。并且，该交线可以与刻线的布置方向相同，且入射光的投射位置可以位于该交线上，从而在光栅210旋转过程中，入射光在光栅210的投射位置不变，使得入射光线和光栅刻线之间的夹角更容易控制。

需要说明的是，摆臂510与直线臂520连接，两者可以做相对转动。直线臂520在第一驱动机构600的驱动下沿直线做往复运动。摆臂510由于与旋转内支撑120固定连接，且旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110，因此，摆臂510受到直线臂520的推力时，会驱动旋转内支撑120，且摆臂510与直线臂520之间的夹角也两者之间的相对转动而随之变化。

在一些实施例中，第一驱动机构600可以采用电机等装置作为动力源，动力源与传动机构连接，传动机构与直线臂520连接。传动机构可以为直线臂520在某一方向上提供拉力或推力，使直线臂520在该方向上做往复运动。如图2所示，该方向可以为前后方向。当前动力源还可以为人力，操作人员通过操作传动机构，以驱动直线臂520在某一方向上做往复运动。

根据本申请实施例提供的光栅扫描机构，通过使入射光与光栅法线之间的夹角变化，实现波长扫描；并且旋转内支撑120通过正弦机构500进行驱动，可以将动力源设置在远离光栅组件200的位置，不会对光栅的分光环境造成影响。

参照图13，在本申请的一些实施例中，直线臂520可以包括转接块521和拉簧522。转接块521与第一驱动机构600连接；拉簧522的第一端与转接块521连接，拉簧522的第二端与摆臂510连接。

在一些实施例中，转接块521左右两侧可以设置多个拉簧522，每侧的拉簧522沿上下方向布置，且至少一对两侧拉簧522之间可以通过转轴连接。在转接块521受到前后方向的推力或者拉力时，摆臂510随旋转内支撑120的转动而发生倾斜。此时，拉簧522拉伸或者压缩，产生长度变化，进而使摆臂510与转接块521之间的夹角变化。

本实施方式通过采用拉簧522实现角度变化，具有更高的精度。在相关技术中，转动副大多采用插销等结构，但插销结构存在配合空隙，在运动方向转变时，存在回程差，其运动的控制精度较低。

在本申请的一些实施例中，第一驱动机构600可以包括第一推杆610和第一位移台620。第一推杆610的第一端与转接块521连接；第一推杆610的第二端与第一位移台620连接，第一位移台620用于驱动第一推杆610往复运动。

需要说明的是，第一位移台620可以采用电机作为动力源，电机输出轴可以与丝杆机构连接，丝杆机构与推杆610连接。丝杆机构可以将电机输出轴的旋转运动转换为直线运动。通控制电机正转或者反转，可以控制第一推杆610向前或者向后运动。第一位移台620已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

参照图14，在本申请的一些实施例中，光栅扫描机构还可以包括真空箱900。真空箱900的箱壁上形成有通孔，旋转基座110、旋转内支撑120、光栅组件200和正弦机构500设置于真空箱900内，第一位移台620设置于真空箱外900，第一推杆610穿设于通孔内，以分别与第一位移台620和正弦机构500中的转接块521连接。

在本实施方式中，真空箱900内可以设置有基准板1000，旋转基座110、旋转内支

撑120、光栅组件200和正弦机构500可以先安装于基准板1000上，基准板1000再安5装于真空箱内，从而便于实现光栅组件200等元件固定于真空箱900内。真空箱900可

以提供密封真空腔体，光栅组件200在该真空腔体内对光线进行分光处理。真空箱900还配置有相应的抽真空设备，如真空泵、真空规和清洗电极等。

可以理解的是，本实施方式中的第一位移台620设置于真空箱900外部，真空箱900

内的真空环境不会受到第一位移台620中的电机所产生的热量的影响。同时也减少了对0真空箱900内部空间的占用，降低了真空箱900的成本。

在本申请的一些实施例中，第一驱动机构600还可以包括第三波纹管630，第三波纹管630套设于第一推杆610暴露于真空箱900外部的轴段，第三波纹管630的第一端与第一位移台620连接，第三波纹管630的第二端与真空箱900连接，以封闭通孔。

可以理解的是，第三波纹管630可以对通孔起到密封作用，以将真空箱900内部的5真空环境与外部隔离。同时，第三波纹管630由于自身具有的弹性，可以随第一推杆610

一同运行，不会阻碍第一推杆610的往复运动。相比相关技术中采用弹性密封垫，其更不容易出现老化漏气的现象。

参照图15，在本申请的一些实施例中，旋转基座110和旋转内支撑120均呈U型状，

旋转内支撑120设于旋转基座110的U型槽内，且旋转内支撑120和旋转基座110的槽0口朝向相同，旋转基座110两端的槽壁均形成有第一安装孔111，旋转内支撑两端的槽

壁均形成有第二安装孔121，第一安装孔内设有轴承112，第二安装孔内设有空心轴122，空心轴122与轴承112配合。

需要说明的是，旋转内支撑120的横板用于安装光栅组件200。空心轴122中心形

成有通孔，用于光线通过。入射光依次经一侧的第一安装孔111和第二安装孔121投射5至光栅组件200，再经另一侧的第二安装孔121和第一安装孔111射出。

在一些实施例中，轴承112可以为角接触轴承，角接触轴承的内圈与空心轴122配合，角接触轴承的外圈与旋转基座110配合。此外，角接触轴承和空心轴122朝向旋转基座110左右两侧的端面上可以设置校准孔，该校准孔用于安装校准工装，以调节旋转基座110和旋转内支撑120的安装姿态。

0在本申请的一些实施例中，旋转内支撑120两端的空心轴122的轴线对齐。

需要说明的是，两端的空心轴122的轴线对齐是指两个空心轴122的轴线的延长线重合。由此，旋转内支撑120的旋转轴线即为空心轴122的轴线，使得旋转内支撑120的旋转轴线更便于确定。由于光栅组件200的刻线面需要与旋转内支撑120的旋转轴线共面，由此也更便于光栅组件200的安装。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110的槽壁向内延伸有限位块113，限位块113用于限制旋转内支撑120的旋转角度。

在本一些实施例中，旋转基座110的前后两侧均可以设置限位块113，限位块113向内延伸延伸至旋转内支撑120所处的竖向截面。由此，旋转内支撑120在向前或者向后旋转至一定角度时，与限位块113接触，而无法继续旋转。其中，限位块113可以包括第一延伸部和第二延伸部，第一延伸部在位于旋转基座110前侧时向前延伸，位于旋转基座110后侧时向后延伸，第二延伸部在位于旋转基座110左侧时向右延伸，位于旋转基座110右侧时向左延伸，限位块113对旋转内支撑120旋转的限制角度由第一延伸部的长度决定。第一延伸部越长，则旋转内支撑120可旋转的角度越大；第一延伸部越短，则旋转内支撑120可旋转的角度越小。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110两端的槽壁顶部均形成有第一定位槽114，旋转内支撑120两端的槽壁顶部均形成有第二定位槽123，在旋转内支撑120处于第一状态时，第一定位槽114与第二定位槽123对齐。

需要说明的是，旋转内支撑120处于第一状态可以是指旋转内支撑120在不受外力作用下的状态。旋转内支撑120处于第一状态时，旋转内支撑120与旋转基座110处于相同的姿态，即两者槽口均竖直向下。

在本实施方式中，第一定位槽114和第二定位槽123用于放置定位块130。在第一定位槽114与第二定位槽123对齐时，定位块130可以同时放入第一定位槽114和第二定位槽123内。由此，在旋转内支撑120安装于旋转基座110后，通过放置定位块130可以判定旋转基座110和旋转内支撑120是否安装平整。

需要说明的是，本申请实施例所提供的光栅扫描机构尽管仅描述了内部各元件之间的位置及原理，但其与分光装置中其他元件(如前置镜组件300和后置镜组件400等)的位置关系可以参照分光装置的实施例中关于光栅组件200的相关描述。

为更清楚的说明本申请中分光装置的工作原理，本申请的一个实施例还提供了一种光栅切换机构。本实施方式中的光栅切换机构可以用于实现上述分光装置中光栅210的切换，以增加分光装置的光谱范围。

参照图16，本实施方式中的光栅切换机构可以包括支撑件100、多个光栅210、导向板220、滑板230和第二驱动机构700；导向板220设置于支撑件100；滑板230滑动设置于导向板200；多个光栅210沿第一方向布置于滑板230；第二驱动机构700与滑板230连接，用于驱动滑板230沿导向板200在第一方向方式滑动，以切换光栅210。

在一些实施例中，支撑件100可以包括旋转基座110和旋转内支撑120，旋转内支撑120可旋转地安装于旋转基座110上。多个光栅210、导向板220和滑板230可以组成光栅组件200，光栅组件200固定于旋转内支撑120。通过使旋转内支撑120旋转，从而使得光栅210在进行切换后，实现波长扫描。当然，支撑件100也可以为固定件，光栅210仅在支撑件100上实现切换，而不实现波长扫描。本实施方式以支撑件100包括旋转基座110和旋转内支撑120为例进行说明。

需要说明的是，切换光栅210是指切换入射光所投射到的光栅210。本实施方式中的多个光栅210可以具有不同的刻线间距。入射光投射至不同的光栅210时，相应的衍射光线并不相同。在保证光谱分辨率的情况下，每块光栅210能覆盖的波长范围有限，本实施方式采用多块光栅210进行切换的方式来可以增加分光装置的光谱范围。

第一方向可以为前后方向，即各光栅210沿前后方向排布。各光栅210的刻线面在前后方向的高度一致，使得在光栅210进行切换后，入射光投射至光栅210的高度不变。

在本实施方式中，导向板220固定于旋转内支撑120，滑板230可以在导向板220上沿前后方向滑动。第二驱动机构700用于为滑板230提供推力，使滑板230向前或者向后滑动。滑板230沿导向板200滑动时，各光栅210相对于入射光的位置发生改变，从而实现切换，使入射光投射至不同的光栅。

根据本申请实施例提供的光栅切换机构，通过将不同的光栅进行切换，使入射光投射至不同的光栅上，增加了光谱范围。

参照图17和图18，在本申请的一些实施例中，导向板220的顶面沿第一方向设有滑槽221，滑槽221上按参考间距形成有凹槽222；滑板230的底面设有弹性件231，弹性件231止抵于滑槽221的槽面，以沿滑槽221在第一方向上滑动，且在弹性件231滑动至凹槽222对应的位置时，弹性件231部分弹入凹槽222内。

在一些实施例中，凹槽222的数量可以与光栅210的数量相同。弹性件231部分弹入至不同位置的凹槽222时，均有一个光栅210处于目标位置，该目标位置为光栅210能够正常使用的位置，即入射光可以投射至该光栅210。由此，每次对光栅210进行切换时，仅需要将弹性件231切换至不同的凹槽222，使得光栅210的切换控制更方便。

可以理解的是，凹槽222可以设置在滑槽221的底面或者侧壁。弹性件231可以通过螺栓等元件固定在滑板230的底面。弹性件231滑动至凹槽222对应的位置是指弹性件231在横向或者纵向与凹槽222相对，从而弹入凹槽222内。弹性件231在未滑动至凹槽222时，受到滑槽221底面或者侧壁的挤压而压缩。

在本申请的一些实施例中，凹槽222可以成对地布置于滑槽221的两侧槽壁；弹性件231包括基座232、设于基座232上的压缩弹簧233和设于压缩弹簧233两端的滚动轴承234，滚动轴承234分别止抵于槽壁，以沿槽壁在第一方向上滑动。

在本实施方式中，凹槽222在滑槽221的两侧槽壁上左右对称。滚动轴承234左右对称地设置在压缩弹簧233的两端，基座232与滑板230固定连接，压缩弹簧233固定在基座232上。

在光栅210切换时，基座232在滑槽221内沿前后方向滑动，滚动轴承234在槽壁上滚动，压缩弹簧233处于压缩状态。在光栅210切换到位时，压缩弹簧233两端的滚动轴承234分别弹入左右两侧的凹槽222内，从而可以保证滑板230的姿态不发生倾斜，进而保证光栅210的姿态不发生倾斜。

参照图19，在本申请的一些实施例中，滑板230包括连接座235和连接块237，连接座235可以包括座体236。座体235与滑板230连接，座体236形成有空腔238以及连通空腔238与外部的开口239；连接块237可活动地设于空腔238内，且通过开口239与第二驱动机构700连接。

可以理解的是，第二驱动机构700在驱动滑板230时，通过驱动连接块237向前或者向后推动座体236，进而使滑板230向前或者向后滑动，使光栅210进行切换。

需要说明的是，连接块237非固定的设置于空腔238内，且连接块237在空腔238内具有一定的活动空间。连接块237与第二驱动机构700中的第二推杆710固定连接。在连接块237处于空腔238的最前侧时，向后运动一定距离才能位于空腔238的最后侧。由此，使得第二驱动机构700在驱动连接块237时，形成缓冲空间，避免第二驱动机构700在没有进行切换时由于自身抖动影响滑板230的位置，进而影响光栅210的位置，导致分光精度降低。

在一些实施例中，空腔238顶部镂空，连接块237可以从空腔238上方往下放入至空腔238内，也可以从空腔238内往上取出。第二驱动机构700通过第二推杆710与连接块237连接。第二推杆710在运动时，其运动方向为前后方向，因此即使空腔238顶部镂空，连接块237也不容易脱离。

在本申请的一些实施例中，第二驱动机构700可以包括第二推杆710和第二位移台720。第二推杆710的第一端与转接块521连接；第二推杆710的第二端与第二位移台720连接，第二位移台720用于驱动第二推杆710往复运动，使连接块237推动滑板230在第一方向上滑动。

需要说明的是，第二位移台720也可以采用电机作为动力源，电机输出轴可以与丝杆机构连接，丝杆机构与第二推杆710连接。丝杆机构可以将电机输出轴的旋转运动转换为直线运动。通控制电机正转或者反转，可以控制第二推杆710向前或者向后运动。第二位移台720已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

在本申请的一些实施例中，光栅切换机构还可以包括真空箱900。真空箱900的箱壁上形成有通孔，旋转基座110、旋转内支撑120、光栅组件200和正弦机构500设置于真空箱900内，第二位移台720设置于真空箱外900，第二推杆710穿设于通孔内，以分别与第二位移台720和滑板230上中的连接块237连接。

在本实施方式中，真空箱900内可以设置有基准板1000，旋转基座110、旋转内支撑120、光栅210导向板220和滑板230可以先安装于基准板1000上，基准板1000再安装于真空箱内，从而便于实现光栅210等元件固定于真空箱900内。真空箱900可以提供密封真空腔体，光栅组件200在该真空腔体内对光线进行分光处理。真空箱900还配置有相应的抽真空及真空度测量设备，如真空泵、真空规计等。

可以理解的是，本实施方式中的第二位移台720设置于真空箱900外部，真空箱900内的真空环境不会受到第二位移台720中的电机所产生的热量的影响。同时也减少了对真空箱900内部空间的占用，降低了真空箱900的成本。

在本申请的一些实施例中，第二驱动机构700还可以包括第四波纹管730，第四波纹管730套设于第二推杆710暴露于真空箱900外部的轴段，第四波纹管730的第一端与第二位移台720连接，第四波纹管730的第二端与真空箱900连接，以封闭通孔。

可以理解的是，第四波纹管730可以对通孔起到密封作用，以将真空箱900内部的真空环境与外部隔离。同时，第四波纹管730由于自身具有的弹性，可以随第二推杆710一同运行，不会阻碍第四波纹管730的运动。相比相关技术中采用弹性密封垫，其更不容易出现老化漏气的现象。

继续参照图15，在本申请的一些实施例中，支撑件100可以包括旋转基座110和旋转内支撑120，旋转基座110和旋转内支撑120均呈U型状，旋转内支撑120设于旋转基座110的U型槽内，且旋转内支撑120和旋转基座110的槽口朝向相同，旋转基座110两端的槽壁均形成有第一安装孔111，旋转内支撑两端的槽壁均形成有第二安装孔121，第一安装孔内设有轴承112，第二安装孔内设有空心轴122，空心轴122与轴承112配合。

需要说明的是，旋转内支撑120的横板用于安装光栅组件200。空心轴122中心形成有通孔，用于光线通过。入射光依次经一侧的第一安装孔111和第二安装孔121投射至光栅组件200，再经另一侧的第二安装孔121和第一安装孔111射出。

在一些实施例中，轴承112可以为角接触轴承，角接触轴承的内圈与空心轴122配合，角接触轴承的外圈与旋转基座110配合。此外，角接触轴承和空心轴122朝向旋转基座110左右两侧的端面上可以设置校准孔，该校准孔用于安装校准工装，以调节旋转基座110和旋转内支撑120的安装姿态。

在本申请的一些实施例中，旋转内支撑120两端的空心轴122的轴线对齐。

需要说明的是，两端的空心轴122的轴线对齐是指两个空心轴122的轴线的延长线重合。由此，旋转内支撑120的旋转轴线即为空心轴122的轴线，使得旋转内支撑120的旋转轴线更便于确定。由于光栅组件200的刻线面需要与旋转内支撑120的旋转轴线共面，由此也更便于光栅组件200的安装。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110的槽壁向内延伸有限位块113，限位块113用于限制旋转内支撑120的旋转角度。

在本一些实施例中，旋转基座110的前后两侧均可以设置限位块113，限位块113向内延伸延伸至旋转内支撑120所处的竖向截面。由此，旋转内支撑120在向前或者向后旋转至一定角度时，与限位块113接触，而无法继续旋转。其中，限位块113可以包括第一延伸部和第二延伸部，第一延伸部在位于旋转基座110前侧时向前延伸，位于旋转基座110后侧时向后延伸，第二延伸部在位于旋转基座110左侧时向右延伸，位于旋转基座110右侧时向左延伸，限位块113对旋转内支撑120旋转的限制角度由第一延伸部的长度决定。第一延伸部越长，则旋转内支撑120可旋转的角度越大；第一延伸部越短，则旋转内支撑120可旋转的角度越小。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110两端的槽壁顶部均形成有第一定位槽114，旋转内支撑120两端的槽壁顶部均形成有第二定位槽123，在旋转内支撑120处于第一状态时，第一定位槽114与第二定位槽123对齐。

需要说明的是，旋转内支撑120处于第一状态可以是指旋转内支撑120在不受外力作用下的状态。旋转内支撑120处于第一状态时，旋转内支撑120与旋转基座110处于相同的姿态，即两者槽口均竖直向下。

在本实施方式中，第一定位槽114和第二定位槽123用于放置定位块130。在第一定位槽114与第二定位槽123对齐时，定位块130可以同时放入第一定位槽114和第二定位槽123内。由此，在旋转内支撑120安装于旋转基座110后，通过放置定位块130可以判定旋转基座110和旋转内支撑120是否安装平整。

需要说明的是，本申请实施例所提供的光栅切换机构尽管仅描述了内部各元件之间的位置及原理，但其与分光装置中其他元件(如前置镜组件300和后置镜组件400等)的位置关系可以参照分光装置的实施例中关于光栅组件200的相关描述。

为更清楚的说明本申请中分光装置的工作原理，本申请的一个实施例还提供了一种光栅机构。本实施方式中的光栅切换机构可以用于实现上述分光装置中光栅210的旋转和切换，以调整入射光线和光栅刻线之间的夹角，并增加分光装置的光谱范围。

参照图20，本实施方式中的光栅机构可以包括旋转基座110、旋转内支撑120、多个光栅210、导向板220、滑板230、正弦机构500、第一驱动机构600和第二驱动机构700；旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110；导向板220设置于旋转内支撑120；滑板230滑动设置于导向板200；多个光栅210沿第一方向布置于滑板230，光栅210的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面，光栅210的刻线方向与旋转轴线平行；正弦机构500包括摆臂510和直线臂520，摆臂510与旋转内支撑120固定连接，摆臂510与直线臂520配合形成转动副；第一驱动机构600与直线臂520连接，用于驱动直线臂520往复运动，使摆臂510驱动旋转内支撑120旋转，光栅组件300绕旋转轴线旋转；第二驱动机构700与滑板230连接，用于驱动滑板230沿导向板200在第一方向方式滑动，以切换光栅210。

需要说明的是，光栅210的刻线面与旋转内支撑120的旋转轴线共面是指，多个光栅210中至少一个光栅210上的具有刻线的一面与旋转内支撑120的旋转轴线共面。从而使旋转内支撑120旋转时，该光栅210可以始终绕刻线面上的线旋转，该线为光栅210具有刻线的一面与旋转内支撑120的旋转轴线的交线。并且，该交线可以与刻线的布置方向相同，且入射光的投射位置可以位于该交线上，从而在光栅210旋转过程中，入射光在光栅210的投射位置不变，使得入射光线和光栅刻线之间的夹角更容易控制。

需要说明的是，摆臂510与直线臂520连接，两者可以做相对转动。直线臂520在第一驱动机构600的驱动下沿直线做往复运动。摆臂510由于与旋转内支撑120固定连接，且旋转内支撑120可旋转地设置于旋转基座110，因此，摆臂510受到直线臂520的推力时，会驱动旋转内支撑120，且摆臂510与直线臂520之间的夹角也两者之间的相对转动而随之变化。

切换光栅210是指切换入射光所投射到的光栅210。本实施方式中的多个光栅210可以具有不同的刻线间距。入射光投射至不同的光栅210时，相应的衍射光线并不相同。在保证光谱分辨率的情况下，每块光栅210能覆盖的波长范围有限，本实施方式采用多块光栅210进行切换的方式来可以增加分光装置的光谱范围。

第一方向可以为前后方向，即各光栅210沿前后方向排布。各光栅210的刻线面在前后方向的高度一致，使得在光栅210进行切换后，入射光投射至光栅210的高度不变。

在本实施方式中，导向板220固定于旋转内支撑120，滑板230可以在导向板220上沿前后方向滑动。第二驱动机构700用于为滑板230提供推力，使滑板230向前或者向后滑动。滑板230沿导向板200滑动时，各光栅210相对于入射光的位置发生改变，从而实现切换，使入射光投射至不同的光栅。

在一些实施例中，第一驱动机构600和第二驱动机构700均可以采用电机等装置作为动力源，动力源与传动机构连接。传动机构分别与直线臂520或滑板230连接。传动机构可以为直线臂520或滑板230提供拉力或推力，使直线臂520在该方向上做往复运动。如图2所示，该方向可以为前后方向。当前动力源还可以为人力，操作人员通过操作传动机构，以驱动直线臂520在某一方向上做往复运动。

根据本申请实施例提供的光栅机构，通过使入射光与光栅法线之间的夹角变化，实现波长扫描；同时通过将不同的光栅进行切换，使入射光投射至不同的光栅上，增加了光谱范围；并且旋转内支撑120通过正弦机构500进行驱动，可以将动力源设置在远离光栅组件200的位置，不会对光栅的分光环境造成影响。

在本申请的一些实施例中，光栅机构还可以包括真空箱900。真空箱900的箱壁上形成有第一通孔和第二通孔，旋转基座110、旋转内支撑120、导向板220、滑板230、光栅210和正弦机构500设置于真空箱内，第一驱动机构600和第二驱动机构700设置于真空箱900外部，第一驱动机构600通过穿设于第一通孔的第一推杆611与直线臂520连接，第二驱动机构700通过穿设于第二通孔的第二推杆621与滑板230连接。

在本实施方式中，真空箱900内可以设置有基准板1000，旋转基座110和旋转内支撑120等元件可以先安装于基准板1000上，基准板1000再安装于真空箱内，从而便于实现光栅210等元件固定于真空箱900内。真空箱900可以提供密封真空腔体，光栅210在该真空腔体内对光线进行分光处理。真空箱900还配置有相应的抽真空及真空度测量设备，如真空泵、真空规计等。

在本申请的一些实施例中，第一驱动机构600和第二驱动机构700的具体结构还可以参照前述光栅扫描机构或光栅切换机构中的描述。同样，本实施方式中的第一驱动机构600和第二驱动机构700中的位移台设置于真空箱900外部，真空箱900内的真空环境不会受到第一位移台620和第二位移台720中电机所产生的热量的影响。同时也减少了对真空箱900内部空间的占用，降低了真空箱900的成本。

在本申请的一些实施例中，直线臂520可以包括转接块521和拉簧522。转接块521与第一驱动机构600连接；拉簧522的第一端与转接块521连接，拉簧522的第二端与摆臂510连接。

在一些实施例中，转接块521左右两侧可以设置多个拉簧522，每侧的拉簧522沿上下方向布置，且至少一对两侧拉簧522之间可以通过转轴连接。在转接块521受到前后方向的推力或者拉力时，摆臂510随旋转内支撑120的转动而发生倾斜。此时，拉簧522拉伸或者压缩，产生长度变化，进而使摆臂510与转接块521之间的夹角变化。

本实施方式通过采用拉簧522实现角度变化，具有更高的精度。在相关技术中，转动副大多采用插销等结构，但插销结构存在配合空隙，在运动方向转变时，存在回程差，其运动的控制精度较低。

在本申请的一些实施例中，导向板220的顶面沿第一方向设有滑槽221，滑槽221上按参考间距形成有凹槽222；滑板230的底面设有弹性件231，弹性件231止抵于滑槽221的槽面，以沿滑槽221在第一方向上滑动，且在弹性件231滑动至凹槽222对应的位置时，弹性件231部分弹入凹槽222内。

在一些实施例中，凹槽222的数量可以与光栅210的数量相同。弹性件231部分弹入至不同位置的凹槽222时，均有一个光栅210处于目标位置，该目标位置为光栅210能够正常使用的位置，即入射光可以投射至该光栅210。由此，每次对光栅210进行切换时，仅需要将弹性件231切换至不同的凹槽222，使得光栅210的切换控制更方便。

在本申请的一些实施例中，凹槽222可以成对地布置于滑槽221的两侧槽壁；弹性件231包括基座232、设于基座232上的压缩弹簧233和设于压缩弹簧233两端的滚动轴承234，滚动轴承234分别止抵于槽壁，以沿槽壁在第一方向上滑动。

在本实施方式中，凹槽222在滑槽221的两侧槽壁上左右对称。滚动轴承234左右对称地设置在压缩弹簧233的两端，基座232与滑板230固定连接，压缩弹簧233固定在基座232上。

在本申请的一些实施例中，滑板230设有连接座235，连接座235可以包括座体236和连接块237。座体235与滑板230连接，座体236形成有空腔238以及连通空腔236与外部的开口239；连接块237可活动地设于空腔238内，且通过开口239与第二驱动机构700连接。

需要说明的是，连接块237非固定的设置与空腔238内，且连接块237在空腔238内具有一定的活动空间。例如，在连接块237处于空腔238的最前侧时，向后运动一定距离才能位于空腔238的最后侧。由此，使得第二驱动机构700在驱动连接块237时，形成缓冲空间，避免第二驱动机构700在没有进行切换时由于自身抖动影响滑板230的位置，进而影响光栅210的位置，导致分光精度降低。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110和旋转内支撑120均呈U型状，旋转内支撑120设于旋转基座110的U型槽内，且旋转内支撑120和旋转基座110的槽口朝向相同，旋转基座110两端的槽壁均形成有第一安装孔111，旋转内支撑两端的槽壁均形成有第二安装孔121，第一安装孔内设有轴承112，第二安装孔内设有空心轴122，空心轴122与轴承112配合。

需要说明的是，旋转内支撑120的横板用于安装光栅组件200。空心轴122中心形成有通孔，用于光线通过。入射光依次经一侧的第一安装孔111和第二安装孔121投射至光栅组件200，再经另一侧的第二安装孔121和第一安装孔111射出。

在一些实施例中，轴承112可以为角接触轴承，角接触轴承的内圈与空心轴122配合，角接触轴承的外圈与旋转基座110配合。此外，角接触轴承和空心轴122朝向旋转基座110左右两侧的端面上可以设置校准孔，该校准孔用于安装校准工装，以调节旋转基座110和旋转内支撑120的安装姿态。

在本申请的一些实施例中，旋转内支撑120两端的空心轴122的轴线对齐。

需要说明的是，两端的空心轴122的轴线对齐是指两个空心轴122的轴线的延长线重合。由此，旋转内支撑120的旋转轴线即为空心轴122的轴线，使得旋转内支撑120的旋转轴线更便于确定。由于光栅组件200的刻线面需要与旋转内支撑120的旋转轴线共面，由此也更便于光栅组件200的安装。

在本申请的一些实施例中，旋转基座110的槽壁向内延伸有限位块113，限位块113用于限制旋转内支撑120的旋转角度。

在本一些实施例中，旋转基座110的前后两侧均可以设置限位块113，限位块113向内延伸延伸至旋转内支撑120所处的竖向截面。由此，旋转内支撑120在向前或者向后旋转至一定角度时，与限位块113接触，而无法继续旋转。其中，限位块113可以包括第一延伸部和第二延伸部，第一延伸部在位于旋转基座110前侧时向前延伸，位于旋转基座110后侧时向后延伸，第二延伸部在位于旋转基座110左侧时向右延伸，位于旋转基座110右侧时向左延伸，限位块113对旋转内支撑120旋转的限制角度由第一延伸部的长度决定。第一延伸部越长，则旋转内支撑120可旋转的角度越大；第一延伸部越短，则旋转内支撑120可旋转的角度越小。

需要说明的是，本申请实施例所提供的光栅机构中所涉及的结构还可以参考前述关于光栅扫描机构和光栅切换机构的相关描述。并且本申请实施例所提供的光栅机构尽管仅描述了内部各元件之间的位置及原理，但其与分光装置中其他元件(如前置镜组件300和后置镜组件400等)的位置关系可以参照分光装置的实施例中关于光栅组件200的相关描述。

本申请的一个实施例还提供了一种光谱仪，该光谱仪可以包括分光装置、光栅扫描机构、光栅切换机构或光栅机构。光谱仪可以为光栅光谱仪，尤其可以为真空紫外光栅光谱仪。分光装置、光栅扫描机构、光栅切换机构或光栅机构的具体结构可以参见前述各实施例，本实施方式在此不在赘述。

由于本申请实施例的光谱仪可以采用前述各实施例中的技术方案，因此也具有前述各实施例中相应的技术效果，本实施方式在此不再赘述。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光栅机构，其特征在于，所述光栅机构包括：

旋转基座；

旋转内支撑，可旋转地设置于所述旋转基座；

导向板，设置于所述旋转内支撑；

滑板，滑动设置于所述导向板；

多个光栅，沿第一方向布置于所述滑板，所述光栅的刻线面与所述旋转内支撑的旋转轴线共面，所述光栅的刻线方向与所述旋转轴线平行；

正弦机构，包括摆臂和直线臂，所述摆臂与所述旋转内支撑固定连接，所述摆臂与所述直线臂配合形成转动副；

第一驱动机构，与所述直线臂连接，用于驱动所述直线臂往复运动，使所述摆臂驱动所述旋转内支撑旋转，所述光栅绕所述旋转轴线旋转；

第二驱动机构，与所述滑板连接，用于驱动所述滑板沿所述导向板在所述第一方向方式滑动，以切换所述光栅。

2.根据权利要求1所述的光栅机构，其特征在于，所述光栅机构还包括：

真空箱，所述真空箱的箱壁上形成有第一通孔和第二通孔，所述旋转基座、所述旋转内支撑、所述导向板、所述滑板、所述光栅和所述正弦机构设置于所述真空箱内，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构设置于所述真空箱外，所述第一驱动机构通过穿设于所述第一通孔的第一推杆与所述直线臂连接，所述第二驱动机构通过穿设于所述第二通孔的第二推杆与所述滑板连接。

3.根据权利要求1或2所述的光栅机构，其特征在于，所述直线臂包括：

转接块，与所述第一驱动机构连接；

拉簧，所述拉簧的第一端与所述转接块连接，所述拉簧的第二端与所述摆臂连接。

4.根据权利要求1或2所述的光栅机构，其特征在于，所述导向板的顶面沿所述第一方向设有滑槽，所述滑槽上按参考间距形成有凹槽；

所述滑板的底面设有弹性件，所述弹性件止抵于所述滑槽的槽面，以沿所述滑槽在所述第一方向上滑动，且在所述弹性件滑动至所述凹槽对应的位置时，所述弹性件部分弹入所述凹槽内。

5.根据权利要求4所述的光栅机构，其特征在于，所述凹槽成对地布置于所述滑槽的两侧槽壁；

所述弹性件包括基座、设于所述基座上的压缩弹簧和设于所述压缩弹簧两端的滚动轴承，所述滚动轴承分别止抵于所述槽壁，以沿所述槽壁在所述第一方向上滑动。

6.根据权利要求5所述的光栅机构，其特征在于，所述滑板包括：

连接座，所述连接座包括座体，所述座体与所述滑板连接，所述座体形成有空腔以及连通所述空腔与外部的开口；

连接块，可活动地设于所述空腔内，且通过所述开口与所述第二驱动机构连接。

7.根据权利要求1或2所述的光栅机构，其特征在于，所述旋转基座和所述旋转内支撑均呈U型状，所述旋转内支撑设于所述旋转基座的U型槽内，且所述旋转内支撑和所述旋转基座的槽口朝向相同，所述旋转基座两端的槽壁均形成有第一安装孔，所述旋转内支撑两端的槽壁均形成有第二安装孔，所述第一安装孔内设有轴承，所述第二安装孔内设有空心轴，所述空心轴与所述轴承配合。

8.根据权利要求7所述的光栅机构，其特征在于，所述旋转内支撑两端的所述空心轴的轴线对齐。

9.根据权利要求8所述的光栅机构，其特征在于，所述旋转基座的槽壁向内延伸有限位块，所述限位块用于限制所述旋转内支撑的旋转角度。

10.一种光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括根据权利要求1-9中任一项所述的光栅机构。

Images