分光镜制造技术

一种分光镜装备有一种温度补偿机构，其能可靠地减少由环境温度变化引起的光谱图象在波长色散方向上的偏移，而与分光镜的形式无关。分光镜装备有整体式支承入射件１１、集光光学系统１３和检测元件１５的第一支承件１７，用与第一支承件不同的材料制成的支承波长色散元件１４的第二支承件２１，和当环境温度变化时将第一支承件的收缩／膨胀量传送到第二支承件的传送件２４、２５。第二支承件包括一个当环境温度变化时、按照第二支承件自己的收缩／膨胀量与第一支承件的收缩／膨胀量之间的差别弹性变形的变形件２８和按照变形件的弹性变形精细地旋转的旋转件２６。上述波长色散元件这样安装在旋转件上，以使它的波长色散方向被定向为垂直于旋转件的轴线方向。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分光镜，所述分光镜利用一种波长色散元件，如一种光栅或一种棱镜。
技术介绍
利用波长色散元件的分光镜已经广泛用于各种领域如物理分析或化学分析。然而，因为通过分光镜进行的波长测量准确度由于环境温度变化的影响而可能会不稳定，所以当使用分光镜时，原则上使环境温度保持恒定不变。只要环境温度保持恒定不变，则入射在分光镜上的光的光谱图象在波长色散方向上的偏移几乎可以避免，并且可以使通过分光镜进行的波长测量准确度稳定。然而，视环境而定，有时难以保持一种恒定不变的温度。鉴于这种情况，近年来人们已经希望这样设计分光镜，以便即使环境温度变化光谱图象也不会在波长色散方向上偏移。已经提出的装备有一种温度补偿机构的大多数分光镜采用一种凹面反射式光栅作为一种波长色散元件和一种二极管阵列作为一种用于检测光谱图象的检测器。例如，日本专利申请公开8-254463和日本专利申请公开9-218091说明了通过这样选择一种光栅架和一个外壳的热膨胀系数以便与二极管阵列的热膨胀系数匹配，和使光栅架的形状与外壳匹配，来减少由于环境温度变化所引起的一种光谱图象偏移。另外，日本专利申请公开2000-298066说明了通过创造性地安排夹持一光栅和一二极管阵列的方式和优化用于一光栅夹持件、一二极管阵列夹持件和一托架的定位结构，来减少由于环境温度变化而引起的光谱图象偏移。然而，在装备有一种温度补偿机构的先有技术分光镜中所提出的上述温度补偿技术是供在利用一种凹面反射式光栅作为一种波长色散元件和用一种二极管阵列作为一种检测器的分光镜中专用的。因此，不能将上述温度补偿技术应用到其它各种类型分光镜中。如果通过任何方法将那些技术应用于一种不同方案的分光镜，则分光镜的结构将变复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种装备有一种温度补偿机构的分光镜，上述温度补偿机构能可靠地减少由于环境温度变化而引起的光谱图象在波长色散方向上的偏移，而与分光镜的形式无关。按照本专利技术第一方面的分光镜包括一个入射件，一个波长色散元件，一个集光光学系统，和一个检测元件，上述入射件用于引入待测光，上述波长色散元件用于将上述来自入射件的待测光按照它的波长色散，上述集光光学系统用于将上述已由上述波长色散元件色散的待测光会聚，以便形成一种光谱图象，而上述检测元件检测上述光谱图象，其特征在于上述波长色散元件被适应为是可旋转的，及提供一种用于按照环境温度的变化旋转上述光谱色散元件的旋转机构，以便消除由于环境温度变化而引起的上述光谱图象在波长色散方向上的偏移。优选的是，在按照本专利技术第一方面所述的分光镜中，利用一种反射式光栅作为上述波长色散元件，并且上述波长色散元件每1℃温度变化的旋转量Δa用下面公式表示Δa＝Δs/f/(1+cos α/conβ)，式中Δs是上述光谱图象每1℃温度变化的偏移量，f是上述集光光学系统的焦距，α是待测光入射在上述波长色散元件上的入射角，及β是从上述波长色散元件出射的衍射光的衍射角。这里，角度α和β是从作为基准的、上述波长色散元件的光栅表面的一个法线测量的。按照本专利技术第二方面的分光镜，包括一个入射件，一个波长色散元件，一个集光光学系统，一个检测元件，一个第一支承件，一个第二支承件，和一个传送件，上述入射件用于引入待测的光，上述波长色散元件用于将来自上述入射件的待测光按照它的波长色散，上述集光光学系统将上述已由上述波长色散元件色散的待测光会聚，以便形成一种光谱图象，上述检测元件检测上述光谱图象，上述第一支承件整体式支承上述入射件、上述集光光学系统和上述检测元件，上述第二支承件用与上述第一支承件不同的材料制成，它支承上述波长色散元件，而上述传送件当环境温度变化时将上述第一支承件的收缩/膨胀量传送到上述第二支承件，其中，上述第二支承件包括一个变形件和一个旋转件，上述变形件当环境温度变化时，按照从上述传送件传送的上述第一支承件的收缩/膨胀量与上述第二支承件的收缩/膨胀量之间的差别弹性变形，而上旋转件按照上述变形件的弹性变形精细地旋转，并且上述波长色散元件这样安装在上述旋转件上，以使它的波长色散方向垂直于上述旋转件的轴线方向定向。在按照本专利技术第二方面的分光镜的一种优选方式中，事先安排在环境温度变化时上述旋转件的旋转角和旋转方向，以便消除上述光谱图象在波长色散方向上的偏移。在按照本专利技术第二方面的分光镜的一种优选方式中，上述第二支承件是一种V形体，其中两个臂件通过一种薄形的上述变形件接合，上述两个臂件的其中之一构成上述旋转件，而上述传送件是一种构件，该构件将上述V形件和上述第一支承件二者的末端部分连接，并按上述第一支承件的收缩膨胀改变由上述两个臂件所形成的角。在按照本专利技术第二方面的分光镜的一种优选方式中，上述第一支承件的线性膨胀系数ρb，上述第二支承件的线性膨胀系数ρm，上述两个臂其中之一的长度y，上述两个臂其中另一个的长度z及由上述两个臂所形成的角α，满足下列公式y/z＝{A±(A2-4)}/2A＝2cosα+sinα·Δα/(ρb-ρm)式中Δα是上述旋转件的旋转角，上述旋转角可以消除上述光谱图象每1℃环境温度变化在波长色散方向上的偏移。附图简介附图说明图1示出按照一个实施例的一种分光镜10的总体结构。图2A和2B示出一种光栅架16的结构。图3示出光栅架16的一种变形。具体实施例方式下面，将参照各附图详细说明本专利技术的一个实施例。如图1所示，按照这个实施例的一种分光镜10由一个光纤11、一个反射镜12、一个Littrow透镜13、一个光栅14、一个一维行传感器15(linesensor)、一个光栅架16和一个底座17组成。此外，一个图中未示出的光源设置在光纤11的上游中。在构成分光镜10的各光学元件(11-15)中，光纤11、反射镜12、Littrow透镜13和一维行传感器15都设置在底座17上。光栅14设置在光栅架16上，上述光栅架16设置在底座17上。这个实施例的分光镜10是一种具有温度补偿功能的分光镜，并且它可以在-20℃-+60℃范围内的环境温度下使用。首先，将说明各光学元件(11-15)的结构和功能，而随后将具体说明光栅架16和底座17。光纤11是一种用于将待测光从光源(未示出)引入分光镜10内部的一种构件(比如一种单模光纤)。光纤在其光发射部分处的直径是例如10μm。光纤11对应于在权利要求书中所述的“入射件”。反射镜12是一种用于将来自光纤11的待测光反射，以便将上述待测光导向到Littrow透镜13的光学元件。Littrow透镜13具有一个透镜，所述透镜具有使来自反射镜12的待测光L1准直的功能和会聚来自光栅14的衍射光L3(将在后面说明)以便形成一种光谱图象的功能(Littrow透镜的焦距为例如50mm)。被Littrow透镜13准直的待测光L2被导向到光栅14，而被Littrow透镜13会聚的待测光L4被导向到一维行传感器15。Littrow透镜13对应于权利要求书中所述的“集光光学系统”。光栅14是一种反射式平面衍射光栅，其中一维式排列大量细长的刻槽。大量刻槽排列的方向对应于光栅14的波长色散方向。光栅14根据波长使待测光L2色散，上述待测光L2是由反射镜12和Littrow透镜13从光纤11导向来的。在经过光栅14色散之后的待测光构成上述衍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分光镜，包括：一个入射件，所述入射件用于引入待测光；一个波长色散元件，所述波长色散元件用于将来自上述入射件的待测光按照它的波长进行色散；一个集光光学系统，所述集光光学系统会聚已由上述波长色散元件色散的待测光，以便 形成一个光谱图象；及一个检测元件，所述检测元件检测上述光谱图象，其中上述波长色散元件被适应为是可旋转的，并且设置一个按照环境温度的变化旋转上述波长色散元件的旋转机构，以便消除由环境温度变化所引起的上述光谱图象在波长色散方向上 的偏移。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：胜沼淳，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]