CN202101757U - 双单色器光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双单色器光学系统，包括入射狭缝、中间狭缝、出射狭缝、第一光栅、第二光栅、准直物镜和成像物镜，所述第一光栅是凹面光栅，入射光束通过所述入射狭缝射入所述第一光栅进行衍射而形成一次衍射光束，该一次衍射光束中所需要的单色光通过所述中间狭缝，经所述准直物镜准直并反射到所述第二光栅上，在该第二光栅再次进行衍射而形成二次衍射光束，该二次衍射光束经所述成像物镜聚焦后，由所述出射狭缝输出。该双单色器光学系统结构紧凑、体积小，具有较高的分辨率，并且能量利用率高。

Description

双单色器光学系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于分光光度计或类似光学仪器的双单色器光学系统。

背景技术

用于分光光度计或类似光学仪器中的单色器光学系统从结构上可以分为两类：单单色器光学系统和由两个单单色器光学系统串连而成的双单色器光学系统。为实现较低杂散光的目的，大多数分光光度计均采用双单色器光学系统，这种双单色器光学系统包括色散相加或色散相减两种形式。

如图1所示，目前较常用的双单色器光学系统，包括两块光栅、三个狭缝和若干块反射镜。两块光栅分别为第一光栅11、第二光栅12，第一光栅11和第二光栅12对称(或平行)地安装在两个旋转机构(图中未示出)上，使用过程中需要同时同步转动；三个狭缝分别为入射狭缝S1、中间狭缝S2和出射狭缝S3；若干块反射镜包括第一反射镜13、第一准直物镜14、第一成像物镜15、第二准直物镜16、第二成像物镜17、第二反射镜18。其中由第一光栅11、入射狭缝S1、第一反射镜13、第一准直物镜14、第一成像物镜15和中间狭缝S2构成第一单色器；由第二光栅12、中间狭缝S2、第二准直物镜16、第二成像物镜17、第二反射镜18和出射狭缝S3构成第二单色器。两个单色器对称布置，并共用一个中间狭缝S2。

通过入射狭缝S1的入射光束经第一反射镜13反射至第一准直物镜14上，再由第一准直物镜14反射至第一光栅11上，光束经第一光栅11衍射后形成的衍射光束即为光谱，该光谱经第一成像物镜15反射到中间狭缝S2附近；启动第一光栅11的旋转驱动装置使其转过某一角度，停止在某一特定位置，在该位置只有预定波长的单色光能通过中间狭缝S2，而其他波长的单色光被挡住；通过中间狭缝S2的单色光由第二准直物镜16反射至第二光栅12再次衍射，再次衍射后的光谱由第二成像物镜17反射至第二反射镜18，由第二反射镜18反射后的光束中最纯净的部分由出射狭缝S3输出。

上述双单色器能够实现较低的杂散光，获得较高的光学分辨率，但是，由于光学系统中设置了多块反射镜，机械结构较大，从而导致使用该种光学系统的仪器整体体积庞大。

如图2所示，目前另一种较常用的自准直双单色器光学系统，包括布置在同一平面上的入射狭缝S1、中间狭缝S2和出射狭缝S3，以及第一光栅21、第二光栅22、第一反射镜23、第一准直物镜24、第二准直物镜25和第二反射镜26。入射光束经第一反射镜23反射后由入射狭缝S1入射到第一准直物镜24上，经其准直后反射到第一光栅21，发束在第一光栅21上衍射后的光束再次由第一准直物镜24准直并反射后，所需要的单色光经中间狭缝S2入射到第二准直物镜25，经第二准直物镜25准直后反射到第二光栅22上再次衍射，再次衍射后的光束经第二准直物镜25准直并反射，所需要的单色光由出射狭缝S3输出，再由第二反射镜26反射出去。

该种自准直双单色器能够实现较高分辨率，并且由于只包括少量的反射镜，所以机械结构相对较小，采用该自准直双单色器的仪器体积大幅度减少。但众所周知，这种自准直双单色器光学系统的杂散光指标比较差，而且该杂散光指标的提升有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种不但体积小，而且分辨率高、杂散光低的双单色器光学系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型所述的双单色器光学系统，包括入射狭缝、中间狭缝、出射狭缝、第一光栅、第二光栅、准直物镜和成像物镜，其中，所述第一光栅是凹面光栅，入射光束通过所述入射狭缝射入所述第一光栅进行衍射而形成一次衍射光束，该一次衍射光束中所需要的单色光通过所述中间狭缝，经所述准直物镜准直并反射到所述第二光栅上，在该第二光栅再次进行衍射而形成二次衍射光束，该二次衍射光束经所述成像物镜聚焦后，由所述出射狭缝输出。

所述第一光栅、所述准直物镜、所述第二光栅和所述成像物镜的中心在同一平面上，并且首尾顺序布置。

所述的光学系统还包括用于改变由所述出射狭缝输出的单色光方向的至少一块反射镜和/或折射镜。

从上述技术方案可知，本实用新型的双单色器光学系统的优点和积极效果是：由于本实用新型双单色器光学系统中的一个单单色器光学系统采用了凹面光栅，所以该单单色器光学系统不必设置准直物镜和成像物镜，因此，结构紧凑、体积小，从而使得本实用新型的双单色器光学系统的整体布局紧凑，占用空间减小，进而可以减小采用本实用新型的双单色器光学系统的分光光度计等光学仪器的体积；由于本实用新型双单色器光学系统，光束从入射狭缝射入，从出射狭缝射出，在整个路径中的反射次数比较少，因此，本实用新型的双单色器光学系统不仅能有效降低杂散光，同时在分光光度计中使用时能达到较高的分辨率，能量利用率高。

通过以下参照附图对优选实施例的说明，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。

附图说明

图1是现有一种双单色器光学系统结构示意图；

图2是现有的自准直双单色器光学系统结构示意图；

图3是本实用新型的双单色器光学系统结构示意图；

图4是利用光学软件模拟本实用新型的双单色器光学系统图；

图5表示利用光学软件模拟本实用新型的双单色器光学系统在550nm时的点列图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。

如图3所示，本实用新型的双单色器光学系统，包括入射狭缝S1、中间狭缝S2、出射狭缝S3、第一光栅31、第二光栅32、准直物镜34和成像物镜35。其中，第一光栅31是凹面光栅。由入射狭缝S1、第一光栅31和中间狭缝S2构成一个单单色器光学系统；由中间狭缝S2、准直物镜34、第二光栅32、成像物镜35和出射狭缝S3构成另一个单单色器光学系统。两个单单色器光学系统共用一个中间狭缝S2。入射光束通过入射狭缝S1射入第一光栅31进行衍射而形成一次衍射光束，该一次衍射光束中所需要的单色光通过中间狭缝S2经准直物镜34准直并反射到第二光栅32上，在该第二光栅32再次进行衍射而形成二次衍射光束，该二次衍射光束经成像物镜35聚焦后，由出射狭缝S3输出。由出射狭缝S3射出的单色光，如果不能直接到达分光光度计的样品池，则可以通过一系列反射镜或者折射镜，或者二者同时使用，改变方向后通过分光光度计的样品池，然后到达接收器就可以进行相应的测量了。

本实用新型的双单色器光学系统具有较高的分辨率和较低的杂散光；同时整个双单色器光学系统仅包括数量较少的反射镜，所以光的能量较高，而且结构紧凑、体积小。本实用新型中，为了进一步降低杂散光，可以使第一光栅31、准直物镜34、第二光栅32和成像物镜35的中心在同一水平面上，并且首尾顺序布置，当然，其他的布置方式，如交叉布置也是可行的。

如图4所示，由钨灯或氘灯等光源发出的光束经聚光镜36汇聚后由入射狭缝S1进入本实用新型的双单色器光学系统，入射到第一光栅31(凹面光栅)衍射后，通过中间狭缝S2，经准直物镜34后，入射到第二光栅32再次衍射后，再经成像物镜35聚焦后由出射狭缝S3输出。

如图5所示，利用光学设计软件Zemax模拟本实用新型的双单色器光学系统在550nm时的光斑非常细小，因此，本实用新型的双单色器光学系统不仅能有效降低杂散光，同时在分光光度计中使用时能达到较高的分辨率，能量利用率高。

虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种双单色器光学系统，包括入射狭缝(S1)、中间狭缝(S2)、出射狭缝(S3)、第一光栅(31)、第二光栅(32)、准直物镜(34)和成像物镜(35)，其特征在于，所述第一光栅(31)是凹面光栅，入射光束通过所述入射狭缝(S1)射入所述第一光栅(31)进行衍射而形成一次衍射光束，该一次衍射光束中所需要的单色光通过所述中间狭缝(S2)，经所述准直物镜(34)准直并反射到所述第二光栅(32)上，在该第二光栅(32)再次进行衍射而形成二次衍射光束，该二次衍射光束经所述成像物镜(35)聚焦后，由所述出射狭缝(S3)输出。

2.根据权利要求1所述的双单色器光学系统，其特征在于，所述第一光栅(31)、所述准直物镜(34)、所述第二光栅(32)和所述成像物镜(35)的中心在同一平面上，并且首尾顺序布置。

3.根据权利要求1或2所述的双单色器光学系统，其特征在于，所述的光学系统还包括用于改变由所述出射狭缝(S3)输出的单色光方向的至少一块反射镜和/或折射镜。

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