一種光譜分析儀及其組合光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光譜分析儀及其組合光源，組合光源包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡及融石英透鏡和其他透鏡，離軸拋物面反射鏡包括拋物面形頂面、圓形底面，以及連接頂面和底面的圓柱面，頂面為反射面；其本身具有一個對稱面，反射面的中心位置開有第二通光孔，底面或圓柱面上開有第一通光孔，第一通光孔與第二通光孔之間構成錐形光通道。即離軸拋物面反射鏡同時具有透光功能和反射光功能，從而將第一光源和第二光源發(fā)射的兩個光束合并為一個寬光譜光束。由于本發(fā)明提供的組合光源僅包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡以及輔助透鏡，因此，組合光源的結(jié)構簡單，無需運動的機械結(jié)構，進而能夠減小組合光源的體積。
【專利說明】
一種光譜分析儀及其組合光源
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及光源領域，尤其涉及一種光譜分析儀及其組合光源。
【背景技術】
[0002] 在生物檢測和成分分析中，會經(jīng)常用到從紫外光到可見光甚至從紫外光到紅外光 的寬光譜的檢測光源。傳統(tǒng)大型的分光光度計中使用的寬光譜光源通常為氘燈和鎢燈的組 合光源，現(xiàn)有技術中是利用機械結(jié)構在氘燈光源和鎢燈光源間來回切換實現(xiàn)寬光譜的。由 于需要在設定好的波長啟動機械裝置換燈，造成不能全時段提供寬光譜光源，而且在換燈 波長附近的測量值會產(chǎn)生錯誤，且實現(xiàn)換燈的機械結(jié)構較為復雜，組合光源的體積較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種光譜分析儀及其組合光源，以解決現(xiàn)有技術中氘鎢組 合光源結(jié)構復雜且體積較大的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0005] -種組合光源，包括:第一光源、第二光源、至少一個透鏡、離軸拋物面反射鏡、融 石英透鏡；
[0006] 所述離軸拋物面反射鏡包括頂面、底面，以及連接所述頂面和所述底面的圓柱面， 其中，所述底面為圓形，所述頂面為拋物面形的反射面；
[0007] 所述離軸拋物面反射鏡具有對稱面，所述反射面的中心位置開有第二通光孔，所 述底面或所述圓柱面上開有第一通光孔，所述第一通光孔與所述第二通光孔之間構成錐形 光通道，所述錐形光通道的光軸位于所述離軸拋物面反射鏡的對稱面內(nèi)，且與所述底面或 所述圓柱面垂直，其中，所述第一通光孔的孔徑大于所述第二通光孔的孔徑；
[0008] 所述第一光源正對所述第一通光孔；
[0009] 所述至少一個透鏡位于所述第一光源與所述離軸拋物面反射鏡之間，用于將所述 第一光源發(fā)出的光匯聚成像在所述離軸拋物面反射鏡的反射面的中心；
[0010] 所述第二光源位于所述離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)?，且所述第二光源發(fā)出的光 經(jīng)過所述反射面反射后，形成平行于所述錐形光通道光軸的平行光；
[0011] 所述融石英透鏡位于所述離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)?，且所述融石英透鏡的光 軸與所述至少一個透鏡的光軸重疊。
[0012 ]優(yōu)選地，所述第一光源為鎢燈，所述第二光源為氘燈。
[0013]優(yōu)選地，所述第二光源與所述離軸拋物面反射鏡之間還包括濾光片。
[0014]優(yōu)選地，所述第一光源為氘燈，所述第二光源為鎢燈。
[0015] 優(yōu)選地，位于所述第一光源與所述離軸拋物面反射鏡之間的至少一個透鏡為一個 凸透鏡。
[0016] 優(yōu)選地，位于所述第一光源與所述離軸拋物面反射鏡之間的至少一個透鏡為兩個 透鏡，所述兩個透鏡的光軸重疊。
[0017] 優(yōu)選地，所述融石英透鏡為消色差融石英透鏡。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一通光孔位于所述圓柱面上，所述錐形光通道的光軸與所述圓柱 面的柱軸垂直。
[0019 ] 優(yōu)選地，所述第一通光孔位于所述底面的圓心。
[0020] 本發(fā)明還提供一種光譜分析儀，包括光源，所述光源為上面所述的組合光源。
[0021] 經(jīng)由上述的技術方案可知，本發(fā)明提供的光譜分析儀及其組合光源中，所述組合 光源包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡及融石英透鏡和其他透鏡，所述離軸拋物 面反射鏡包括頂面、底面，以及連接所述頂面和所述底面的圓柱面，其中，所述底面為圓形， 所述頂面為拋物面形的反射面;所述離軸拋物面反射鏡具有對稱面，所述反射面的中心位 置開有第二通光孔，所述底面或所述圓柱面上開有第一通光孔，所述第一通光孔與所述第 二通光孔之間構成錐形光通道，所述錐形光通道的光軸位于所述離軸拋物面反射鏡的對稱 面內(nèi)，且與所述底面或所述圓柱面垂直，其中，所述第一通光孔的孔徑大于所述第二通光孔 的孔徑。即所述離軸拋物面反射鏡同時具有透光功能和反射光功能，從而作為合束器將第 一光源和第二光源發(fā)射的兩個光束合并為一個寬光譜光束。由于本發(fā)明提供的組合光源僅 包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡以及輔助透鏡，因此，所述組合光源的結(jié)構簡 單，無需運動的機械結(jié)構，進而能夠減小組合光源的體積。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1為本發(fā)明提供的一種組合光源示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明提供的反射面中心開設有通光孔的離軸拋物面反射鏡；
[0025] 圖3為本發(fā)明提供的組合光源中第二光源和離軸拋物面反射鏡的位置示意圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明提供的另一種組合光源示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028] 發(fā)明人在發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中還有一種小型化輕量化寬光譜組合光源，即 背透式氘燈光源，包括氘燈和鎢燈，其中氘燈通過特殊設計，在氘燈上開設透光的通孔，將 鎢燈置于氘燈的后面，在氘燈發(fā)射紫外光的同時，鎢燈發(fā)射可見光通過氘燈上的透光通孔， 從而得到兩個光束的合束，實現(xiàn)寬光譜。由于將兩個光源設置在一起，且無需在兩個燈之間 通過機械結(jié)構換燈，從而實現(xiàn)了組合光源的小型化和輕量化。但由于所述氘燈通過特殊設 計，造成價格昂貴，成本較高。
[0029] 基于此，本發(fā)明提供的一種結(jié)構簡單，體積小且成本較低的組合光源，如圖1所示， 包括第一光源4、第二光源2、至少一個透鏡、離軸拋物面反射鏡1、融石英透鏡6。
[0030] 需要說明的是，本實施例中提供的組合光源主要用于實現(xiàn)寬光譜，所述寬光譜可 以是紫外光到可見光之間的光譜，也可以是紫外光到紅外光之間的光譜，因此，本實施例中 不限定所述第一光源和第二光源。優(yōu)選的，所述組合光源為能夠得到紫外光到可見光之間 的寬光譜的氘鎢組合光源，即所述第一光源為鎢燈，所述第二光源為氘燈;或所述第一光源 為氘燈，所述第二光源為鎢燈。
[0031] 如圖2所示，為本實施例中所述離軸拋物面反射鏡1，包括頂面、底面12,以及連接 頂面和底面12的圓柱面11，其中，底面12為圓形，頂面為拋物面形的反射面7,反射面7的中 心位置開有第二通光孔8。
[0032] 本實施例中離軸拋物面反射鏡的底面或圓柱面上開設有第一通光孔，所述第一通 光孔與所述第二通光孔之間構成錐形光通道，所述錐形光通道的光軸位于所述離軸拋物面 反射鏡的對稱面內(nèi)，且與所述底面或所述圓柱面垂直，其中，所述第一通光孔的孔徑大于所 述第二通光孔的孔徑。
[0033] 本實施例中提供的離軸拋物面反射鏡是一塊表面鍍有反射膜，且中心帶有通光孔 的離軸拋物面反射鏡。其中，所述反射膜根據(jù)第二光源發(fā)射的光而設計，當?shù)诙庠窗l(fā)射可 見光時，所述反射膜為可見光反射膜，即對可見光具有較高反射率的反射膜，用于反射可見 光。當所述第二光源發(fā)射紫外光時，所述反射膜為紫外光反射膜，即對紫外光具有較高反射 率的反射膜，用于反射紫外光。
[0034]需要說明的是，離軸拋物面反射鏡1的對稱面為如圖2中所示的沿A-A切開的平面。 此時，所述錐形光通道的光軸位于所述離軸拋物面反射鏡的對稱面內(nèi)，且與所述底面或所 述圓柱面垂直。若所述錐形光通道的光軸與底面垂直時，則所述第一通光孔位于所述底面 的圓心。若所述錐形光通道的光軸與圓柱面垂直，則第一通光孔位于圓柱面上，如圖1中第 一通光孔9所示。本實施例中對此不做限定，可以依據(jù)實際情況進行選擇開設所述第一通光 孔的位置。
[0035] 本實施例中反射面7中心的第二通光孔8與圓柱面11上的第一通光孔9起到光闌作 用，將第一光源發(fā)射的光進行過濾?？讖焦怅@大小可以根據(jù)實際需求進行更改，本實施例中 對所述兩個孔徑光闌的大小不做限定。
[0036] 第一光源4位于離軸拋物面反射鏡1的圓柱面?zhèn)?，且正對離軸拋物面反射鏡1上的 錐形光通道的第一通光孔9。即第一光源4發(fā)射出的光的光軸與錐形光通道平行，第一光源4 發(fā)射的光能夠直接通過所述錐形光通道。
[0037] 本實施例中還包括至少一個透鏡，所述至少一個透鏡位于第一光源4與離軸拋物 面反射鏡1之間，用于將第一光源4發(fā)出的光匯聚成像在離軸拋物面反射鏡1的反射面中心。 [0038]需要說明的是，本實施例中不限定透鏡的個數(shù)，可以是一個透鏡或多個透鏡的組 合，只要其能夠?qū)崿F(xiàn)將第一光源4發(fā)出的光匯聚成像在離軸拋物面反射鏡1的反射面中心即 可。本實施例中考慮到組合光源的小型化，可以優(yōu)選采用一個凸透鏡實現(xiàn)將第一光源4發(fā)出 的光匯聚成像在離軸拋物面反射鏡1的反射面中心，如圖1中的透鏡5。在本發(fā)明的其他實施 例中，位于所述第一光源與所述離軸拋物面反射鏡之間的至少一個透鏡還可以是包括兩個 透鏡的透鏡組合，所述兩個透鏡的光軸重疊。所述透鏡組合中可以包括凸透鏡，還可以包括 凹透鏡，但只要透鏡組合能夠?qū)⒌谝还庠?發(fā)出的光匯聚成像在離軸拋物面反射鏡1的反射 面中心即可。
[0039] 第二光源2位于離軸拋物面反射鏡1的反射面?zhèn)?，且第二光?發(fā)出的光經(jīng)過離軸 拋物面反射鏡1的反射面7反射后，形成平行于所述錐形光通道光軸的平行光。如圖3中所 示，第二光源2發(fā)出光的光軸與離軸拋物面反射鏡1的反射面7的法線夾角Θ為-135°的，當Θ = -135°時，且第二光源2位于離軸拋物面反射鏡1的反射面的反射焦點位置，從而使得第二 光源2發(fā)出的光經(jīng)過離軸拋物面反射鏡1的反射面反射后形成平行于所述錐形光通道光軸 的平行光出射。
[0040] 若第一通光孔位于離軸拋物面反射鏡的底面圓心，則第二光源位于所述離軸拋物 面反射鏡的反射面?zhèn)?，且所述第二光源發(fā)出的光經(jīng)過所述反射面反射后，形成平行于所述 錐形光通道光軸的平行光，即所述第二光源位于所述離軸拋物面反射鏡的另外一個反射焦 點處。本實施例中第一光源和第二光源的位置依據(jù)錐形光通路的方向?qū)O置，本實施例 中對此不做詳細描述。
[0041] 由于第一光源出射的光匯聚成像在離軸拋物面反射鏡1的反射面中心后，相當于 第一光源的實像在離軸拋物面反射鏡1的反射面中心發(fā)出光，此時發(fā)射的光為發(fā)散光，而光 源產(chǎn)生的光最后要耦合到光纖中，再用光譜分析儀進行分析。因此，如圖1所示，本實施例中 在所述離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)冗€包括融石英透鏡6,且其光軸與透鏡5的光軸重疊， 從而將第一光源發(fā)射的光實現(xiàn)匯聚，同時將經(jīng)過反射后的第二光源的光也進行匯聚。本實 施例中，融石英透鏡對紫外光的吸收較少，能夠保證紫外光的透過率，因此適用于氘鎢組合 光源。在紫外光到紅外光的寬光譜儀器中，也可以設置所述融石英透鏡，避免紫外光被吸 收。
[0042]需要說明的是，由幾何光學中位置色差的概念，以及薄透鏡的焦距公式，同一薄透 鏡對不同的色光有不同的焦距：
[0044] η(λ)=Α+Β/λ2+0/λ4--公式 2
[0045] 其中，f'為薄透鏡的焦距，η(λ)為不同波長光波下薄透鏡折射率，其中A、B、C為與 薄透鏡的材質(zhì)相關的常數(shù)，P1、P2為薄透鏡的兩個曲面的曲率。由上面公式1、2可知，波長越 短折射率越高，短波長的光焦距相對于長波長的光焦距要短，這樣會造成兩個光的位置色 差。氘燈的光譜在200nm-400nm左右，而鎢燈的光譜在300nm-800nm左右，就氘鎢組合光源的 使用來看，氘燈使用波長比鎢燈使用波長短，所以對于氘燈光束的匯聚效果比鎢燈光束的 匯聚效果要好。另外，通過通光孔的光闌作用后，光的能量會有所降低，而鎢燈的光能量高 于氘燈的光能量，為保證氘燈的光能量，本實施例中優(yōu)選的，所述第一光源為鎢燈，所述第 二光源為氘燈。此時，所述離軸拋物面反射鏡的反射面上鍍的反射膜為紫外光反射膜。
[0046] 如圖4所示，當?shù)诙庠礊殡疅魰r，所述第二光源和所述離軸拋物面反射鏡之間還 包括濾光片3,濾光片3為低通濾光片，可以把由第二光源2發(fā)射出的氘燈光譜中一定波長以 上的光譜濾掉，使光譜平滑不影響后續(xù)探測器或分析儀的檢測。
[0047] 本實施例中，優(yōu)選的，融石英透鏡6為消色差融石英透鏡，能夠消除第一光源發(fā)出 的光和第二光源發(fā)出的光之間存在的色差，從而將第一光源和第二光源的光匯聚到一點 上，進而耦合到光纖10中，以便后續(xù)使用。
[0048]本實施例提供的氘鎢組合光源的具體使用過程如下：
[0049] (1)固定好離軸拋物面反射鏡，測量出反射焦點的位置；
[0050] (2)調(diào)整氘燈的位置，使得氘燈位于反射焦點處且發(fā)出的光線的方向與反射面法 向夾角-135°，通過反射面中心；
[0051] (3)在離軸拋物面反射鏡的側(cè)面的通光孔的一側(cè)放置鎢燈和透鏡，調(diào)整鎢燈和透 鏡的位置，使得可以在反射面的通光孔處成鎢燈的像，固定鎢燈和透鏡的位置；
[0052] (4)在離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)龋潭ㄏ钊谑⑼哥R，將氘燈發(fā)射的光和 鎢燈發(fā)射的光耦合到光纖輸出。
[0053] 本實施例中提供的組合光源，包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡及融石 英透鏡和其他透鏡，所述離軸拋物面反射鏡包括頂面、底面，以及連接所述頂面和所述底面 的圓柱面，其中，所述底面為圓形，所述頂面為拋物面形的反射面;所述離軸拋物面反射鏡 具有對稱面，所述反射面的中心位置開有第二通光孔，所述底面或所述圓柱面上開有第一 通光孔，所述第一通光孔與所述第二通光孔之間構成錐形光通道，所述錐形光通道的光軸 位于所述離軸拋物面反射鏡的對稱面內(nèi)，且與所述底面或所述圓柱面垂直，其中，所述第一 通光孔的孔徑大于所述第二通光孔的孔徑。
[0054] 即所述離軸拋物面反射鏡同時具有透光功能和反射光功能，從而作為合束器將第 一光源和第二光源發(fā)射的兩個光束合并為一個寬光譜光束。由于本發(fā)明提供的組合光源僅 包括第一光源、第二光源、離軸拋物面反射鏡以及輔助透鏡，因此，所述組合光源的結(jié)構簡 單，無需運動的機械結(jié)構，進而能夠減小組合光源的體積，減小了結(jié)構尺寸，便于和微型光 譜儀等構成小型化的光譜、生物檢測系統(tǒng)。
[0055] 相對于背透式氘燈光源，由于本實施例中的氘燈為普通氘燈，因此，不需要使用復 雜工藝制作氘燈，從而實現(xiàn)小型化的同時，沒有增加氘燈的成本，使得小型化氘鎢組合光源 適于商業(yè)生產(chǎn)。
[0056] 另外，現(xiàn)有技術中還有一種氘鎢組合光源，使用分光板作為合束器，將氘燈和鎢燈 的光合束，所述分光板透射一部分光，反射一部分光，從而將兩束光合為一束。
[0057] 需要說明的是，本實施例提供的組合光源，使用中間帶有通光孔的離軸拋物面反 射鏡作為合束器，由于通光孔對進入到通光孔的光是全部通過，沒有能量損耗，因此，相對 于分光板作為合束器，本實施例提提供的組合光源，能夠保證一定的光能量。而且，本實施 例提供的離軸拋物面反射鏡的反射面具有一定曲率，能夠?qū)Ψ瓷涔馄鸬揭欢ǖ膮R聚作用， 進一步減少了光能量的損失。
[0058] 因此，本實施例提供的組合光源結(jié)構簡單，成本低，且能夠降低光能量的損耗。
[0059] 本發(fā)明還提供一種光譜分析儀，所述光譜分析儀包括上面所述的組合光源，由于 所述組合光源結(jié)構簡單，成本低，從而可以使所述光譜分析儀的結(jié)構小型化，同時保證了成 本不增加，還能保證光源的光能量。
[0060] 需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重 點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
[0061] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權項】
1. 一種組合光源，其特征在于，包括:第一光源、第二光源、至少一個透鏡、離軸拋物面 反射鏡、融石英透鏡； 所述離軸拋物面反射鏡包括頂面、底面，以及連接所述頂面和所述底面的圓柱面，其 中，所述底面為圓形，所述頂面為拋物面形的反射面； 所述離軸拋物面反射鏡具有對稱面，所述反射面的中心位置開有第二通光孔，所述底 面或所述圓柱面上開有第一通光孔，所述第一通光孔與所述第二通光孔之間構成錐形光通 道，所述錐形光通道的光軸位于所述離軸拋物面反射鏡的對稱面內(nèi)，且與所述底面或所述 圓柱面垂直，其中，所述第一通光孔的孔徑大于所述第二通光孔的孔徑； 所述第一光源正對所述第一通光孔； 所述至少一個透鏡位于所述第一光源與所述離軸拋物面反射鏡之間，用于將所述第一 光源發(fā)出的光匯聚成像在所述離軸拋物面反射鏡的反射面的中心； 所述第二光源位于所述離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)?，且所述第二光源發(fā)出的光經(jīng)過 所述反射面反射后，形成平行于所述錐形光通道光軸的平行光； 所述融石英透鏡位于所述離軸拋物面反射鏡的反射面?zhèn)?，且所述融石英透鏡的光軸與 所述至少一個透鏡的光軸重疊。2. 根據(jù)權利要求所述的組合光源，其特征在于，所述第一光源為鎢燈，所述第二光源為 氘燈。3. 根據(jù)權利要求2所述的組合光源，其特征在于，所述第二光源與所述離軸拋物面反射 鏡之間還包括濾光片。4. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，所述第一光源為氘燈，所述第二光源 為鎢燈。5. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，位于所述第一光源與所述離軸拋物面 反射鏡之間的至少一個透鏡為一個凸透鏡。6. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，位于所述第一光源與所述離軸拋物面 反射鏡之間的至少一個透鏡為兩個透鏡，所述兩個透鏡的光軸重疊。7. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，所述融石英透鏡為消色差融石英透 鏡。8. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，所述第一通光孔位于所述圓柱面上， 所述錐形光通道的光軸與所述圓柱面的柱軸垂直。9. 根據(jù)權利要求1所述的組合光源，其特征在于，所述第一通光孔位于所述底面的圓 心。10. -種光譜分析儀，其特征在于，包括光源，所述光源為權利要求1-9任意一項所述的 組合光源。
【文檔編號】G01N21/25GK106092914SQ201610367924
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】郝鵬, 馮宇祥, 吳輝, 吳一輝
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所